核鐘研發取得重大進展

科技日報北京8月21日電 （記者張佳欣）據日本理化學研究所（RIKEN）官網最新消息，該機構量子計量實驗室的物理學家在使用激光設計核鐘方面取得突破：成功捕獲了釷-229離子，特別是帶有3個正電荷的釷-229離子，并使用激光精確測量了它們的衰變壽命。找到合適的元素并測量其核衰變壽命是研制核鐘的關鍵。

目前最先進的光學原子鐘計時極為精確，即使經過宇宙年齡兩倍的時間，其誤差還不到1秒。但現在，許多研究人員正將目光投向下一代超精密計時器——核鐘。這種時鐘有望幫助人們揭示新的物理學現象，如暗物質。

核鐘的精度要比光學原子鐘高10倍，這主要是因為原子核對外部電磁場和溫度波動的敏感度遠低于電子。但激發原子核所需的能量遠遠超過傳統激光的輸出。不過，釷-229原子核是個例外。它在原子核中是個“異類”，具有異常低的激發能量，甚至低到可通過真空紫外激光來激發。

捕獲三電荷釷-229離子是開發核鐘的有前景的方法。這種釷離子有一個優勢，即可通過激光進行冷卻。它們在激光照射下會發出熒光，因此也很容易檢測到。但在將三電荷釷-229離子用于核鐘之前，需要準確測量其原子核衰變壽命等關鍵參數。RIKEN量子計量實驗室研究人員通過從鈾中創建三電荷釷-229異構體離子，并用激光探測它們，實現了這一目標。

研究證明，新創建的離子捕獲系統可捕獲由鈾產生的三電荷釷-229離子。最終測得的釷-229離子的衰變壽命約為1400秒，處于合適范圍內。研究人員表示，如果壽命太長，就無法測量；如果壽命太短，就無法利用這些離子來制造高精度核鐘。1400秒對于核鐘應用來說是非常理想的壽命。

目前，研究人員正將焦點轉向開發一種可用于實現核鐘的新型激光。