人类计时工具，从日晷、摆钟，一路走到原子钟。过去几十年，原子钟支撑起北斗、卫星、深空探测，被视为人类最精准的计时器。如今，中国科研团队更进一步，在国际上率先研制成功核光钟，把计时的“钟摆”直接放进原子核内部，这项重磅成果刊发于国际顶级期刊《自然》，标志着量子精密测量，正式从电子跃迁跨入原子核跃迁的全新阶段 。



这支攻坚队伍来自清华大学物理系，由丁世谦副教授带领团队，历时近五年攻关，啃下困扰全球科学界20多年的硬骨头。核光钟，被公认为继原子微波钟、原子光钟之后，新一代的时间频率基准，也是全球量子科技竞争最前沿的赛道。

很多人会疑惑：原子钟已经足够精准，为什么还要研发核光钟？
简单通俗地解释：原子钟听的是原子外层电子的“节拍”，核光钟听的是原子核内部的“节拍” 。
原子钟依靠核外电子能级跃迁计时。电子处在原子外围，非常容易受到电磁场、温度、震动干扰。哪怕是世界顶尖的原子光钟，也必须安置在恒温、减震、超高真空的实验室，很难小型化，搬到卫星、探测器、移动平台上，精度就会大打折扣。

原子核藏在原子最核心，尺寸只有原子的几万分之一，质量远大于电子，外界电磁干扰很难影响它。用原子核能级跃迁作为计时基准，天生稳定性更强、抗干扰能力更好。理论上，核光钟的计时精度，有望超越现有最好的原子光钟，未来还有机会做成固态小型化设备，走出实验室，直接搭载在卫星、深空探测器上 。

但核光钟的研发，难到让全球科学家卡壳二十多年。
唯一适合制造核光钟的材料，是特殊同位素钍-229。它拥有极其罕见的低能级差，只需要148纳米真空紫外激光，就能驱动原子核跃迁。但最大瓶颈，就是造不出对应的148纳米连续波真空紫外激光，没有这束特殊的光，就无法精准激发钍-229原子核，核光钟只能停留在理论设想阶段。

清华团队原创开发全新方案，在国际上首次实现148纳米连续波真空紫外激光输出，解决了核光钟最核心的光源难题。同时，团队只用1.4微克钍-229，就生长出毫米尺度掺钍氟化钙晶体，所用核素仅仅是欧洲团队的二百分之一，极大节约稀缺核素资源。依托这套晶体与自主光源，团队成功把激光频率锁定在原子核跃迁上，实现核光钟闭环稳定运行。实测数据显示，这款核光钟秒级稳定度，优于同期欧洲团队接近一个数量级，性能处于国际领先水平 。

这项突破，绝不只是造出一台更准的时钟。
第一，重塑高精度导航体系。我们手机定位、北斗卫星，全靠星载原子钟提供时间基准。未来小型化核光钟如果能够上天，卫星定位的精度、抗干扰能力会迎来巨大提升，复杂环境下导航可靠性更强。
第二，赋能深空探测。去往火星、更远星际空间的探测器，飞行周期漫长，空间环境复杂。核光钟更强的环境适应性，能够支持长距离深空测控。
第三，基础物理研究迎来新工具。钍-229核跃迁，对基础物理常数变化、暗物质信号十分敏感。核光钟可以成为精密探测平台，帮助科学家检验基础物理定律，探索宇宙底层奥秘 。

不少网友会问，核光钟是不是马上就能替代现在的原子钟？
客观来说，本次是原理样机研制成功，属于从0到1的里程碑突破，不是成熟商用产品。从实验室样机，到工程化、小型化、星载化，还有很长一段路要走。但它打通了从光源、晶体、光谱测量到闭环运行的整套技术体系，完成了最关键跨越。

过去，量子精密测量前沿领域长期由欧美领跑。这一次，中国团队与欧洲团队同期冲刺，率先实现核光钟稳定闭环运行，拿下这条新赛道的先发优势。
简单回顾人类计时发展史：机械摆钟→石英钟→原子微波钟→原子光钟→核光钟。我们正在见证人类计时体系，开启全新的“核芯时代”。

小小的原子核里，藏着丈量时间的标尺。从追赶，到同台竞技，再到率先突破，中国基础科研，正在不断解锁前人未曾抵达的科技边界。