科學家們正在接近有史以來最準確的時鐘，他們正在使用釷

金屬實驗釷揭示了一種奇怪的怪癖，可以用於一種全新的原子鐘，為比我們以前擁有的更精確的計時方法鋪平道路。

目前，我們用來協調全球定位衛星的高精度時鐘的基礎是用適量的能量撞擊電子，迫使其從軌道上跳躍並再次返回。

這種微小的量子飛躍需要非常精確的時間，可以被檢測到並用作微小的鐘擺 - 因此最實用的現代「原子鐘」可能每隔幾億年就會慢一秒。

目前的努力諸如此類的團體美國國家標準與技術研究所嘗試透過冷卻和增加粒子密度來提高精度，但電子仍然可以不時地被輕鬆推動。

大約15年前自那時起，德國聯邦物理技術中心（PTB）的物理學家開始認真考慮利用原子核中的過渡態來測量時間的可能性。

原子核中粒子的密度（例如釷原子中的粒子）意味著它受到干擾的可能性要小得多，因此理論上可以以更高的可靠性保持節拍。

唯一的問題是，大多數原子需要強大的推動力才能使其原子核轉變為足夠興奮的狀態以“滴答作響”，因此需要 X 射線或伽馬射線束來啟動它們。

Thorium-229 的原子核因其能夠在激發態形成異構體而脫穎而出，這種異構體在紫外光照射下會暫時保持穩定（稱為“亞穩態”），這使其成為迄今為止基於釷229的光學原子鐘的最佳候選者。

然而，由於所需的波長範圍較窄，將理論轉化為實用技術已被證明是一項挑戰。

「正如時鐘所期望的那樣，躍遷的共振非常尖銳，只有當雷射的頻率與兩種狀態的能量差精確匹配時才能觀察到，”物理學家埃克哈德·佩克說。

“因此，這個問題就像眾所周知的大海撈針一樣。”

為了尋找這根“針”，佩克和他的同事需要了解有關它所在的干草堆的一些信息。

研究小組與慕尼黑路德維希馬克西米利安大學的研究人員合作，分析了鈾原子衰變時處於激發態的釷229異構體的亞穩態形式。

透過用雷射擊中被捕獲的原子並研究其移動電子產生的光譜，研究小組可以判斷原子核上的電荷分佈。

最終結果是更好地了解原子核，這將有助於減少將原子核從基態移動到激發態所需的頻率範圍，使其像時鐘一樣滴答作響。

目前尚不清楚釷基核鐘的精確度如何，但它肯定會打開一扇窗，讓我們了解一種全新的測量秒數的方法。

提高此類時鐘的精確度可以在我們尋找難以捉摸的身份方面發揮重要作用，可能只有在其質量扭曲時間時才能被檢測到。

這是我們很高興找到的一根針。

這項研究發表於自然。