在精密計時領域，一場靜默卻深刻的革命正在醞釀。德國國家計量研究所所長艾克哈德·佩克帶領的科研團隊，與全球物理學家歷經(jīng)三十年攻關，正推動計時器從原子鐘時代邁向核鐘時代。這項突破不僅關乎時間測量精度的飛躍，更可能揭開暗物質(zhì)本質(zhì)、檢驗宇宙基本常數(shù)等科學謎題。

傳統(tǒng)原子鐘通過電子在原子軌道間的躍遷實現(xiàn)計時，其誤差已壓縮至每310億年僅1秒。但電子受電磁場干擾的特性，始終限制著精度提升。1996年，莫斯科國立大學物理學家尤金·特卡利亞提出顛覆性方案：利用原子核內(nèi)中子的穩(wěn)定振蕩替代電子躍遷。由于中子僅受強核力作用，且該力作用范圍極短，核鐘理論上可將誤差降至每3000億年1秒，精度提升近十倍。

實現(xiàn)這一構想的核心在于找到合適的原子核。多數(shù)原子核的共振能量需求遠超現(xiàn)有激光技術極限，唯有放射性元素釷-229成為例外。其獨特的能級結構使激光驅(qū)動成為可能，但具體躍遷能量仍需通過實驗測定。美國加州大學洛杉磯分校的埃里克·哈德森團隊創(chuàng)新采用晶體嵌入技術，將數(shù)十億個釷-229原子集中增強信號，最終在2023年由歐洲核子研究中心將能隙不確定性大幅縮小。

2024年6月，中國科學家葉軍團隊在《自然》雜志公布突破性進展：其研發(fā)的激光裝置成功激發(fā)釷-229核躍遷。盡管該裝置尚未達到持續(xù)穩(wěn)定運行的標準，但已首次觀測到原子核形狀在躍遷過程中的1.8%變化，并驗證了核躍遷頻率對精細結構常數(shù)的敏感性。這項成果被業(yè)界視為"核物理精密計量的曙光"，比利時天主教魯汶大學專家桑德羅·克萊默評價稱："此前從未有人能在實驗中捕捉到這種微觀變化。"

核鐘的潛在價值遠超計時領域。通過對比核鐘（受強核力支配）與原子鐘（受電磁力支配）的計時差異，科學家可探測基本物理常數(shù)是否隨時間變化。更引人注目的是暗物質(zhì)探測前景——占宇宙物質(zhì)80%以上的暗物質(zhì)雖僅通過引力相互作用，但理論模型預測超輕暗物質(zhì)可能通過強核力干擾核鐘運行。若該現(xiàn)象被證實，將為暗物質(zhì)存在提供直接證據(jù)。

在應用層面，核鐘展現(xiàn)出革命性優(yōu)勢。其不受電磁干擾的特性使其成為下一代GPS衛(wèi)星時鐘的理想選擇，中子排列的穩(wěn)定性更可實現(xiàn)前所未有的定位精度。哈德森指出，核鐘的便攜性與全溫度適應性遠超現(xiàn)有原子鐘。國際計量界甚至開始討論以中子振蕩重新定義"秒"的可能性，盡管這一變革需要漫長過程。

當前制約核鐘普及的瓶頸在于原料稀缺。全球現(xiàn)存的高質(zhì)量釷-229僅40克，全部源自上世紀核武器計劃的副產(chǎn)品。但科學家指出，每次實驗僅需0.17微克，現(xiàn)有儲備足夠制造2億臺核鐘。歐洲核子研究中心雖具備量產(chǎn)能力，但成本與效率仍是待解難題。隨著技術成熟，這場始于實驗室的計時革命，終將重塑人類對時間與宇宙的認知邊界。