叶军团队登Nature封面：核钟技术或重新定义“一秒”

叶军团队登Nature封面：核钟技术或重新定义“一秒”

2024年9月，国际顶尖学术期刊《自然》（Nature）的封面上，一项来自中国的科研成果格外引人注目。中国科学院外籍院士、美国科罗拉多大学博尔德分校教授叶军带领团队，开发出一种基于原子核能量微小变化的新型时钟——核钟。这一突破性进展不仅刷新了时间测量的精度纪录，还为人类理解宇宙基本规律提供了新的工具。

叶军教授被誉为“想理解宇宙的钟表匠”，他在原子钟领域取得了多项里程碑式的成就。2006年，叶军团队成功研制出世界上第一台锶原子光晶格钟，其精度达到每7000万年仅误差1秒。此后，他不断推动原子钟技术的发展，2018年制造的光学原子钟相对精度相当于宇宙年龄误差100毫秒，2022年更是实现了在毫米尺度上验证爱因斯坦广义相对论的突破。

然而，叶军并没有止步于此。他带领团队向更精确的时间测量发起挑战，将目光投向了原子核。与传统的基于原子电子能级跃迁的光钟不同，核钟利用原子核内部的能量变化来计时，这种变化通常比电子跃迁更为稳定和精确。

在最新研究中，叶军团队成功实现了直接激发钍-229核时钟跃迁，并与铷-87原子钟建立了直接的频率连接。这是首次通过激光直接激发钍-229核跃迁，也是核时钟与原子钟之间的首次直接频率比测量。

实验中，团队使用掺镱光纤激光器生成红外频率梳，并通过一系列放大过程将输出功率提升到40-50瓦特。他们将红外频率梳聚焦到氙气喷雾中，生成波长约为148.3纳米的真空紫外（VUV）频率梳。研究人员使用掺钍-229的氟化钙单晶作为激发目标，成功激发了钍-229的核时钟跃迁。他们还精确测量了钍-229核跃迁的绝对频率，达到了千赫兹级别的精度，并成功提取了核四极分裂的内在特性。

叶军团队的这项研究标志着核基固态光学钟的开端，为这种新型时钟未来应用于实际场景奠定了基础。核钟的开发不仅有望重新定义“一秒钟”的标准，还可能为物理学研究带来新的突破。

核钟的高精度和低干扰敏感度使其成为探索宇宙基本规律的理想工具。例如，在暗物质研究领域，核钟可以提供前所未有的测量精度，帮助科学家探测暗物质与普通物质之间的微弱相互作用。此外，核钟还有望在引力波探测、基本物理常数稳定性检验等领域发挥重要作用。

叶军教授的最新研究成果再次展示了人类对时间测量精度的不懈追求。从早期的天体运动观测，到机械振动周期的应用，再到量子精密测量时代的原子钟，每一次技术进步都推动了科学的发展。而今，核钟的出现预示着时间测量进入了一个全新的阶段，它不仅将为物理学研究提供更精确的工具，也可能引领我们走向对宇宙更深层次的理解。

正如《自然》期刊所评价的那样，这项研究“可能改变基础物理学研究”，为原子核基本力提供新的见解。叶军教授及其团队的突破性工作，无疑将在科学史上留下浓墨重彩的一笔。