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https://www.nature.com/articles/d41586-026-00848-7

《自然》杂志报道，世界上最精准的时钟，不用电子，不用原子外层的电子云，而是深入到原子核内部来"数节拍"。

这就是科学家追寻了数十年的核时钟。2026年，这台梦想中的钟，已经近在咫尺。

一个藏在原子核里的"节拍器"

现代最顶尖的光学原子钟，靠激光激发原子外层电子跃迁来计时，精度已经高得惊人，每400亿年误差不超过一秒。但即便如此，核时钟的理论精度还要再高出若干个数量级，达到10的负19次方量级，相当于在整个宇宙年龄的时间尺度上也不会走偏一秒。

核时钟的"节拍"来自原子核内部两个能量状态之间的跃迁。全世界已知的几千种原子核中，只有一种被认为适合做这件事：钍-229同位素。

 

这种元素有一个罕见的特性：其核跃迁能量极低，仅约8.4电子伏，恰好落在激光可以覆盖的真空紫外波段，这让激光直接激发原子核内部的能级成为可能。大多数核跃迁能量动辄数百万电子伏，要激发它们需要粒子加速器，而不是一台桌面激光器。

钍-229的这个特殊性质早在上世纪70年代就被预言，但由于其精确跃迁频率长期未知，核时钟的研制始终停留在纸面。2024年，由美国科罗拉多州JILA研究所物理学家叶俊与加州理工学院张传坤领导的团队，利用频率梳激光器在掺钍晶体上成功完成了历史上首次激光直接激发钍-229核跃迁，并精确测定了其绝对跃迁频率，达到千赫兹级精度，比此前最佳测量提高了整整六个数量级。这一突破正式打开了核时钟研制的大门。

今年2月，JILA团队又进一步发表研究，证明固态钍-229核时钟的频率重复性在经过7个月的稳定测试后达到220赫兹，即相对稳定度约1.1×10的负13次方，说明这种时钟不仅能"走"，还能走得稳定且可重复。加州大学洛杉矶分校物理学家埃里克·哈德森判断："我确信，2026年就能看到核时钟的正式测量结果。"

最后一块"拼图"，被中国团队拿下

离核时钟量产还差什么？答案聚焦在一台激光器上。

要让钍-229晶体中的核跃迁稳定运转并实现精密计时，研究人员需要一台能持续输出148纳米波长的连续波激光器，且线宽要极窄，即频率要极度纯净稳定。这个波段属于真空紫外范围，空气本身就会吸收这个波段的光，常规光学材料对它几乎透明度为零，想在这个波段造出一台稳定的连续波激光器，是整个核时钟工程链条上公认最难攻克的技术关口。

 

2026年2月12日，这个关口被清华大学物理系丁世谦副教授团队打通。他们在《自然》杂志上发表成果，宣布成功研制出波长148.4纳米、输出功率超过100纳瓦的连续波超窄线宽激光光源，首次将超稳激光技术拓展至真空紫外波段。

团队的技术路线刻意绕开了主流的非线性晶体倍频方案，创新性地采用镉原子气体作为非线性介质，实现频率转换。这一思路在原理层面突破了现有材料的物理限制，但也引入了新的工程挑战：镉蒸气具有一定毒性，工作温度需要维持在550摄氏度左右，如何保证装置长期安全稳定运行，是国际同行在美国物理学会年会上讨论最多的问题之一。

尽管如此，这一成果被多个团队认定为核时钟研制"最后一个核心瓶颈"的突破。全球目前约有十支研究团队分布在中国、美国、欧洲和日本，正在竞相整合各个技术模块。伯克利量子科学中心执行主任克莱尔·克莱默表示，固态核时钟在商业应用上前景相当可观，因为它天然具备抗干扰、结构紧凑的特点，有望走出实验室、部署在导航、通信和基础物理测量等实际场景中。

距离第一台真正运转的核时钟，人类可能只剩几个月。