北京
“在這個(gè)領(lǐng)域工作了超過十五年，看著一個(gè)非?！褚啊南敕ā眉す獠倏卦雍恕兂涩F(xiàn)實(shí)，真的美極了?！本S也納技術(shù)大學(xué)量子計(jì)量學(xué)教授、研究團(tuán)隊(duì)成員托爾斯滕·舒姆在郵件里這樣形容核鐘的誕生。物理學(xué)家?guī)资陙硪恢毕胗迷雍藖碛?jì)時(shí)，而不是繞著它轉(zhuǎn)的電子?，F(xiàn)在，這個(gè)聽上去近乎不可能的目標(biāo)，第一次有了一個(gè)能實(shí)際運(yùn)轉(zhuǎn)的核鐘。
這不算突然蹦出來的新鮮念頭。早在幾十年前，就有人琢磨：世界上最準(zhǔn)的原子鐘靠測量電子在不同能級(jí)間跳轉(zhuǎn)的頻率來定義秒，為什么不試試原子核本身？核藏在原子中心最深處，像一個(gè)被重重裝甲包裹的保險(xiǎn)庫，外面的電場、磁場很難攪動(dòng)它的狀態(tài)。如果能用核的躍遷來計(jì)時(shí)，理論上會(huì)比用電子更抗干擾，也更穩(wěn)定?？墒?，這個(gè)想法卡了很久——激光想精準(zhǔn)地激發(fā)原子核躍遷，技術(shù)上太難了。
轉(zhuǎn)折發(fā)生在最近。研究團(tuán)隊(duì)終于讓一臺(tái)核鐘真實(shí)地“滴答”了起來。他們用的不是常見的電子躍遷，而是讓原子核自己在兩個(gè)能級(jí)間跳轉(zhuǎn)，然后測量這個(gè)跳轉(zhuǎn)發(fā)出的極高頻信號(hào)。這個(gè)過程和傳統(tǒng)光原子鐘的套路很像，只不過把舞臺(tái)從原子外圍的電子云，搬到了原子核內(nèi)部。
今天最精準(zhǔn)的原子鐘是光原子鐘，它們有多準(zhǔn)呢？簡單說，跑上一億年，累積的誤差還不到一秒。這種鐘已經(jīng)厲害到能測出地球引力場微小變化帶來的時(shí)間膨脹效應(yīng)?？伤诂F(xiàn)實(shí)中還是有點(diǎn)“嬌氣”，周圍哪怕一點(diǎn)電場、磁場的波動(dòng)，都會(huì)讓測量抖一抖。核鐘就硬朗多了。舒姆解釋，核躍遷對(duì)外界環(huán)境噪聲的敏感度，比原子鐘里電子躍遷低一千到一萬倍。這意味著核鐘天生就更容易在長時(shí)間里保持高度穩(wěn)定。
西北大學(xué)的博士后研究員雅各布·希金斯也贊同這一點(diǎn)。他之前在美國天體物理聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室做過釷鐘實(shí)驗(yàn)，雖然沒有參與這項(xiàng)新研究，但他點(diǎn)出了關(guān)鍵：“核鐘實(shí)驗(yàn)使用的躍遷，它的品質(zhì)因子比光原子鐘的躍遷更高。這意味著，給定同樣的測量時(shí)間，從原理上講，它可以被測量得更精確。”這里的“品質(zhì)因子”可以理解成一種振動(dòng)有多“純”——數(shù)字越高，信號(hào)越干凈，越容易聽準(zhǔn)它的頻率。
所以，核鐘不止是又一種更準(zhǔn)的鐘。它可能打開一扇探測宇宙暗處的新窗戶。研究人員設(shè)想，這種極端穩(wěn)定的時(shí)鐘系統(tǒng)可以用來搜尋暗物質(zhì)，或者探測那些超出粒子物理標(biāo)準(zhǔn)模型的未知物理現(xiàn)象，甚至包括幫助找到標(biāo)題里提到的第五種基本力——當(dāng)然，這些都還是未驗(yàn)證的可能性。核鐘剛剛發(fā)出第一聲“嘀嗒”，后面還有長長的路要走，但至少那顆藏在原子心臟里的節(jié)拍器，已經(jīng)開始跳動(dòng)了。
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澎湃新聞
