時間測量一直是人類文明的基本方面，從最初的日晷發展到今天高度精確的原子鐘。對更高精度的追求促使科學家探索核鐘，這種鐘表承諾具有前所未有的準確性。最近發表在《自然》的論文，探討了 229mTh 同質異能態躍遷與 87Sr 原子鐘的頻率比，強調了這項研究在精密計量學和基礎物理學領域的重要性。

229mTh 同質異能態躍遷

釷-229（229Th）因其異常低能量的同質異能態（稱為 229mTh）而在核中獨樹一幟。該狀態的能量約為8 eV，使其可以通過真空紫外（VUV）激光光源進行訪問。229mTh同質異能態躍遷涉及從基態（I=5/2）到激發態（I=3/2）的變化，可以使用先進的光譜技術精確測量。

229mTh 用于核鐘的潛力在于其窄線寬和高品質因數（Q因數），這些都是實現高精度時間測量的關鍵。229mTh的躍遷頻率已確定為約 2,020,407,384,335 kHz。

87Sr 原子鐘

鍶-87（87Sr）原子鐘是目前最精確的時間測量設備之一。這些鐘表基于 87Sr 原子的 5s^2 1S_0 和 5s5p^3P_0 狀態之間的電子躍遷，發生在約 429,228,004,229,879 Hz 的頻率下。87Sr 原子鐘的高穩定性和精度使其成為衛星導航系統、互聯網同步和基礎物理研究等各種應用的理想選擇。www.ws46.com

頻率比的測量

229mTh同質異能態躍遷與87Sr原子鐘的頻率比是開發核鐘的關鍵參數。該比率提供了核能級和電子能級之間的直接聯系，能夠進行不同時間測量系統的比較和驗證。

為了測量這個比率，研究人員使用穩定在 87Sr 原子鐘上的VUV頻率梳。頻率梳通過飛秒增強腔在VUV范圍內相干地上轉換到第七諧波。這種設置允許在固態 CaF_2 主體材料中直接激發229Th核鐘躍遷，從而精確測量躍遷頻率。

最近的實驗表明在這一領域取得了重大進展，一組研究人員成功測量了229mTh同質異能態躍遷和87Sr原子鐘之間的頻率比。他們的結果表明，229mTh同質異能態躍遷確實是一個有希望的核時鐘候選者，其潛在的精度可能超過目前的光學原子鐘。

意義和應用

測量229mTh同質異能態躍遷與 87Sr 原子鐘的頻率比的能力標志著精密計量學的一個重要里程碑。基于229mTh的核鐘相比傳統原子鐘具有多種優勢，包括對外部擾動的敏感性降低和長期穩定性更高。

這些進展對基礎物理學有深遠影響。例如，核鐘可以用于測試基本常數的恒定性、尋找暗物質和探索重力下的量子效應。此外，核鐘的發展可能導致更精確的時間測量系統，增強衛星導航系統、互聯網同步和安全通信等技術。

結論

探索229mTh同質異能態躍遷與87Sr原子鐘的頻率比代表了精密計量學、超快強場物理學、核物理學和基礎物理學的融合。這項研究不僅為下一代時間測量設備鋪平了道路，還為探究自然基本法則開辟了新途徑。隨著科學家繼續完善這些技術，在應用物理和理論物理領域取得突破性發現的潛力依然巨大。