中国又整出大活儿了!这回既不是火箭弹,也不是航母大黑鱼,中国科研闷头抡出一记谁都没料到的重拳,法国凡尔赛的一场国际会议,日前正在讨论一件听上去很小、影响却遍及全球的事:未来“一秒钟”究竟该怎么规定。
法国凡尔赛的一场国际会议,最近正在讨论一件听上去很小、影响却遍及全球的事:未来“一秒钟”究竟该怎么规定。会议从2026年10月13日开到15日,就在它召开前几天,中国科研人员拿出一项新成果:让原子核真正承担起校准时钟的任务。
这件事没有庞大的装备亮相,却触到了现代科技最基础的尺子。别以为时间只是墙上时钟的数字。
导航卫星要靠计时算距离,通信基站需要统一节奏,电力和金融系统同样离不开精确同步。信号跑得太快,时间差一点点,算出来的位置就可能偏离。
谁能把频率测得更稳,谁就多了一种建设精密系统的能力。不过,这次中国团队做出的核光钟,还远没到装进卫星的程度。
目前国际通用的“秒”,依然与铯-133原子的特定跃迁频率挂钩。近年来,更先进的光学原子钟已经大幅提升测量水平,国际计量界正商量是否在2030年决定新的定义。
核光钟走的是另一条路:不再借助原子外围电子的变化,而是观察原子核内部一种能量状态如何切换。原子核小得多,对某些外界干扰也更不敏感。
难题马上来了,普通原子核要改变能量状态,通常需要能量很高的射线,激光难以精细控制。钍-229却有个少见的特征:它的一次核跃迁,恰好能够由特定的紫外光触发。
科学家早在2003年就提出利用这一特性造钟,可从一个好主意走到一台能持续工作的机器,足足隔了二十多年。这条路并不是2026年才有人探索,2024年,欧洲研究人员用激光直接激发钍-229原子核,随后美欧合作团队又把相关核跃迁的频率与精密原子钟建立联系。
那时的重点,是确认原子核究竟在什么频率发生变化,真正造钟还差关键一步:让光源随时接受原子核的校正,偏了就自动调回来。清华大学丁世谦团队瞄准的,正是这个卡点。
2026年2月,他们的连续波真空紫外激光研究发表于《自然》,做出了波长约148.4纳米的稳定光源。这种光看不见,也不好产生,科研人员通过镉蒸气里的光频率转换得到它。
比起间歇闪光,连续发光更方便反复读取信号,也为快速纠正激光频率创造了条件。可有了光还不够,必须找到能反复接受照射的核材料,钍-229属于稀缺的放射性同位素,晶体生产不能像普通材料那样一次次大量试错。
中国科学院上海相关研究所与清华合作,仅使用1.4微克钍-229,就制成了毫米尺度的掺钍氟化钙晶体。清华公布的单次生长用量,约为欧洲团队的二百分之一。
接下来的操作,像给一台容易走偏的机器装上自动校正装置。激光照向晶体,研究人员盯住原子核对光的吸收变化,判断激光频率是高了还是低了,再把误差信号送回控制设备。
光源被反复拉回正确位置,原子核终于从被测量的对象,变成控制时间节奏的依据。这才是“核光钟运行起来”的核心含义。
2026年10月7日,清华团队的论文正式在线发表于《自然》。数据有两个值得细看:按论文给出的秒级指标,频率不稳定度约为五乘十的负十三次方;而用两块独立制作的晶体测量,结果在十的负十三次方量级上相互符合。
后一个结果尤其重要,它关系到装置是否能被重复制造,而不是只靠某一块特殊晶体成功。同一天,奥地利维也纳工业大学参与的另一支团队也发表论文。
他们走通了自己的核光钟闭环,并让装置连续超过24小时无需人工干预,还把核跃迁与镱离子钟比较,检验暗物质相关理论。实验没有证明暗物质存在,却展示了新钟能够承担精密物理测量。
两边同日交卷,不代表谁抄了谁,而是独立路线都得到了验证。中国装置在论文报告的短期频率稳定性指标上表现更好,不稳定度约为欧洲方案的六分之一。
这个数字确实亮眼,但不能误读成“中国核光钟比全世界所有原子钟准六倍”。欧洲方案有长期运行和外部时钟比对的长处,中国方案的光源强度和材料节约则十分突出。
不同实验条件下的单项指标,也不等于整套设备的全面排名。这一成果背后还有一条容易看不见的协作链,清华负责关键激光和整机实验,上海多个研究所攻关晶体与核素,北京大学和中国计量科学研究院提供超稳光源、频率测量等支持。
多名年轻博士生直接参与主要实验,要把几个微小信号转化成可重复的计时结果,靠的不是某一个零件,而是整套技术都跟得上。今年10月13日至15日的国际计量大会,讨论的是今后如何重新定义“秒”。
