據(jù)英國《新科學(xué)家》周刊網(wǎng)站5月24日報道，核時鐘可能是宇宙中最好的計時器。

報道說，金屬元素釷原子核發(fā)出的一種難以捉摸的閃光讓我們朝著建造核時鐘又邁近了一步。核時鐘可能是宇宙中最精確的計時器，有助于我們探索對宇宙的認識。

你可能聽說過原子鐘，它利用原子核周圍電子的能量水平來計時，因為每個電子只能有某種固定的能量水平。把激光調(diào)整到合適的頻率就能使研究人員讓電子在其中兩個能量水平之間彈跳。正是這種頻率起到了原子鐘的“嘀嗒”鐘擺走時作用，使時間精確度保持在每10億年只損失幾秒的水平。

原子核也能在不同的能量水平之間跳躍。特別是，放射性金屬釷的原子核在能量水平上異常小，這就會使時鐘變得特別精確，也將使我們更多地了解原子核的內(nèi)部運作情況。

物理學(xué)家此前一直無法確定建造這樣一個時鐘所需的精確激光頻率，但現(xiàn)在，德國路德維希-馬克西米利安-慕尼黑大學(xué)的桑德羅·克雷默和他的同事們已經(jīng)確定了這一頻率。

一般情況下，釷發(fā)射電子的可能性是發(fā)射光子的十億倍，但是，通過將原子核嵌入氟化鈣和氟化鎂的晶格中，克雷默團隊就能夠改變這種可能性。憑借在電子上產(chǎn)生光子的能力，研究人員可以足夠精確地測量這種光閃來確定其頻率，這種測量方式的不確定性是以前測量方式的七分之一。

制造核時鐘正需要以這樣的頻率向釷原子核發(fā)射激光。克雷默說：“顯示你能夠?qū)⑺?頻率)控制到可以看到出現(xiàn)光子信號的程度，對考慮建造核時鐘來說是一個重要的里程碑。”

為了產(chǎn)生并非自然存在的放射性釷，克雷默和他的團隊在位于瑞士的歐洲核子研究中心的一個設(shè)施里對鈾目標發(fā)射質(zhì)子，產(chǎn)生出一束具有放射性的錒離子。隨后，研究人員將錒離子射入氟化鈣和氟化鎂晶體，然后衰變成能產(chǎn)生光子的具有放射性的釷原子核。

克雷默說，這項工作意味著我們現(xiàn)在對釷原子核的了解幾乎足以建造一個發(fā)揮功效的核時鐘，而且有研究小組已經(jīng)在嘗試建造一種能夠激發(fā)原子核的激光發(fā)射器——但最后的障礙可能是需要數(shù)年時間將共振頻率微調(diào)到完美的程度。

如果成功，核時鐘能夠告訴我們原子核的內(nèi)部運作情況，探測宇宙一些基本力量的差異，并對現(xiàn)有的已經(jīng)非常精確的原子鐘加以改進。

德國國家計量學(xué)研究所的專家埃克哈德·派克說：“它(核時鐘)所依賴的不同特征——原子核共振——會使為了尋找新物理學(xué)在量子領(lǐng)域或相對論中的影響而將這種核時鐘與已建的原子鐘進行比較變得有趣。”他說，在原子核規(guī)模上運行的或強或弱的力與作用在原子鐘上的力不同，因此，任何差異都可能暗示著新物理學(xué)原理的存在。