重大原创突破,量子操控深入原子核尺度!我国团队成功实现核光钟运行

2026-10-08 09:43来源: 科技日报

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  ◎ 科技日报记者 华凌

  记者7日从清华大学获悉,该校物理系丁世谦团队依托自主研制的148纳米连续波真空紫外激光,以及与合作团队共同研制的掺钍-229氟化钙晶体,将激光频率锁定至核跃迁,实现核光钟运行,推动量子精密测量由电子跃迁拓展至原子核跃迁。相关成果7日在线发表于《自然》杂志。该工作与欧洲团队同期完成,在国际上率先实现了钍-229核光钟的运行。

重大原创突破,量子操控深入原子核尺度!我国团队成功实现核光钟运行

  核光钟概念图。研究团队供图

  原子光钟利用原子中的电子跃迁获取时间基准,而核光钟利用钍-229原子核内部跃迁作为频率参考,受外界电磁环境扰动更小,原理上有望实现更高计时精度。不仅如此,固态核光钟还具备潜在的小型化和工程化优势,有望为卫星导航、深空探测等场景中的高精度时间频率需求提供实用的技术选择,是当前量子精密测量领域国际竞争的重要前沿。同时,核光钟可为检验基本物理规律提供新的精密探测平台,它的实现还意味着量子操控的能力深入到原子核尺度。

重大原创突破,量子操控深入原子核尺度!我国团队成功实现核光钟运行

  核光钟实验装置核心区域。研究团队供图

  然而,长期以来,核光钟研制面临两大难题:缺少148纳米连续波激光,以及钍-229核素稀缺。该研究团队在国际上首次研制出148纳米连续波真空紫外激光,解决了精确驱动钍-229核跃迁的光源瓶颈。面对核素受限难题,在多方协同攻关下,团队使用仅有的1.4微克钍-229一次性成功生长出毫米尺度的高质量掺钍氟化钙晶体,其单次生长所用核素仅约为欧洲团队的二百分之一。团队完成了核跃迁光谱测量与频率闭环锁定,实现了从测量核跃迁到用核跃迁计时的关键跨越。同时,团队实现的核光钟秒级稳定度优于同期欧洲团队近一个数量级。

  据介绍,该成果构建起从光源、晶体、光谱测量到闭环运行的完整技术体系,是我国科学界具有标志性意义的重大原创突破。

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