時間計量，本質上就是找一個足夠穩的“節拍”來計數。清華大學物理系副教授、北京量子信息科學研究院兼聘研究員丁世謙說：“時間是人類測量得最精確的物理量，精度遠高於其他物理量。物理學上想把一個量測准，通常都會想辦法把它轉換成對時間的測量。時間，處在一個特殊的地位上。”

目前最精確的原子光鐘，數的是原子內部電子躍遷的“節拍”，已經准到運行千億年誤差不超過一秒。但要把原子光鐘做到極高精度，需要精細控制電場、磁場、溫度以及激光系統等帶來的各種擾動，因此目前性能最高的原子光鐘仍主要運行在實驗室中，其小型化和工程化仍面臨挑戰。

核光鐘換了一個頻率參考。它數的不是電子躍遷，而是釷-229原子核內部的躍遷頻率。丁世謙說：“核光鐘跟原子光鐘的區別，就是頻率參考不再用電子躍遷頻率，而是用原子核內的躍遷頻率。原子核比原子小了四五個數量級，而且質量比電子重得多，這導致躍遷頻率更穩定，對周圍電磁環境不敏感。”

他進一步解釋：“正因為不敏感，我們甚至可以把釷-229原子摻雜在固體裡面，做成方便搬運的固體核光鐘。這就意味著，我們終於有望能把極高精度的計時裝置從實驗室裡拿出來。”由此，核光鐘被視為繼原子微波鐘、原子光鐘之后的新一代時間頻率標准，也是當前量子精密測量領域國際競爭的前沿。同時，釷-229核躍遷對基本常數變化等新物理效應格外敏感，可為檢驗基本物理規律提供新的探測手段。

那麼，為什麼核光鐘非釷-229不可？丁世謙說：“已知的20萬個原子核激發態，躍遷能量幾乎都在萬電子伏以上，對應的激光波長在0.1納米以下。這個波段，現有技術根本不知道怎麼做激光器。釷-229是一個極其特殊的例外——它的躍遷能量隻有8.4電子伏特，對應148納米。這使得釷-229成為目前唯一已知的可以用激光操控的原子核躍遷，也是目前唯一有可能做核光鐘的候選者。”這也正是核光鐘被看作新一代時間標准的原因——它不僅有望更准，更意味著人類對量子世界的操控從電子尺度深入到了原子核尺度。核光鐘打開的，不只是一條新的計時路徑，更是一扇觀察基本物理規律的新窗口。（記者 鄧暉）