现有最精确的时钟不是基于石英机芯或摆轮，而是基于原子壳中电子的滴答声。这些原子钟中最好的可以精确到十分之一18- 如此精确，自宇宙诞生以来的数十亿年里，他们还没有损失一秒钟。
有一种潜在的新型时钟可以将精度提高一个数量级，达到十分之一19。它基于钍同位素原子核的滴答声，但尽管这个想法于2003年首次上市，执行起来很困难。
现在，对钍229原子核“滴答声”的新测量使我们离实现核钟的梦想又近了一步。
“已经针对 229mTh 态提出了大量的应用和研究，从核伽马激光器、高精度、稳定的离子核钟到紧凑的固态核钟，”研究人员在论文中写道。
“这样的时钟将使基础物理学的探测达到新的精度水平，例如基本常数的变化、寻找，或作为探测器。它们可用于不同的应用，例如大地测量或卫星导航。”
这是原子钟的工作原理。特定元素的原子，例如锶或者镱被激光照射。这会激发原子壳层中的电子，导致它们在两种能态之间来回振荡。这些振荡是由能级之间的跃迁产生的，能级由特定波长的电磁辐射激发。
核钟应该在相同的原理下运行，只不过不是电子，而是原子核本身振荡。
但大多数原子核具有很高的跃迁能量，在千电子伏到兆电子伏范围内。为了获得足够的兴奋以进行振荡，这些原子核需要相当大量的能量（想想伽马射线或 X 射线而不是激光），这使得它们用于计时极其不切实际。我们只是没有能够产生这些能量的激光技术。
这里值得注意的例外是钍229。在数千个已知原子核中，钍 229 原子核的激发态是迄今为止已知的最低值，在电子伏特范围内。它是如此之低以至于可以通过紫外线照射来诱导。
这对于我们研制原子钟的努力来说是个好消息，但我们离家还很远。为了弄清楚激发原子核所需的紫外线的确切波长以及所需的激光技术，我们需要测量基态和激发态之间能量的精确变化。
我们已经进行了多次尝试，每一次都将范围缩小了一些。但德国海德堡大学物理学家托马斯·西科斯基领导的一项新努力可能是迄今为止最精确的。
该团队测量了同位素铀 333 衰变成钍 229 的各种异构体或分子构型时发射的伽马辐射，包括所需的亚稳态异构体钍 229m。该技术之前已被使用过，返回的结果为 7.6 电子伏特和 7.8 电子伏特2007年和2009年分别。
然而，西科斯基的团队使用了一种新的、更精确的方法来测量伽马辐射。他们设计了一种低温磁性微量热计作为伽马射线光谱仪。伽马射线撞击吸收板并转化为热量。然后将其转换为传感器中的磁化强度变化，进而转化为跃迁能量。
“这个实验补充了转换电子实验，因为异构体能量是直接从实验数据中提取的，而不需要借助计算，”研究人员在论文中写道。 “我们实验中唯一显着的不确定性是统计误差。”
通过这种新的测量技术，研究小组发现跃迁能量为 8.1 电子伏特，对应于 153.1 纳米的激发波长。
这非常接近去年进行的测量使用不同的技术，发现能量为 8.28 电子伏特，对应于 149.7 纳米的波长。所以，我们似乎确实越来越接近了，而且这个波长范围内的激光器并非不可能——我们只需要建造它们。
正如研究人员指出的，由于唯一的不确定性是统计性的，因此进行大量测量应该会显着降低这种不确定性。这意味着核钟现在比以往任何时候都更容易实现。
该研究发表于物理评论快报。
