中國科學院外籍院士、物理學家葉軍團隊，原子鍾項目再次登Nature 封面！
這次從投稿到接收僅用了27 天。
具體來說，團隊開發了一種基于原子核中能量微小變化的時鍾，能做到比目前世界上最好的計時器（光鍾）更精确，并且對幹擾的敏感度更低。
被 Nature 評價爲 " 可能改變基礎物理學研究 "，可以提供對原子核中基本力的新見解。
核基固态光學鍾的開端
比原子鍾還精确！
現在的很多超精确時鍾都是用原子的電子能級來計時的，比如锶 -87 原子鍾。
原子鍾的測量精度非常高，每過150 億年才會有一秒的誤差。
而基于核能級的核鍾被認爲是原子鍾的 pro 版本，葉軍團隊的最新研究正是圍繞這個主題展開。
實驗中，葉軍團隊成功利用真空紫外（VUV）頻率梳直接激發鈾 -229 核時鍾躍遷，并與铷 -87 原子鍾建立了直接的頻率連接。
這是首次通過激光直接激發鈾 -229 核躍遷，是核時鍾與原子鍾之間的首次直接頻率比測量。
他們還精确測量了鈾 -229 核躍遷的絕對頻率，達到了千赫茲級别的精度，并成功提取了核四極分裂的内在特性。這些數據對于暗物質的探索和研究開辟了新的方向。
除此之外 ，葉軍團隊的這項研究也标志着核基固态光學鍾的開端，給這種新型始終以後用在實際情況中打下了基礎。
△絕對頻率測定直接激發和頻率比測量
爲了實現研究目标，葉軍帶領進行了多個實驗步驟：
首先，他們使用摻铒光纖激光器生成紅外頻率梳，并通過一系列放大過程将輸出功率提升到 40-50 瓦特。
△核鍾躍遷的 VUV 梳狀光譜
接着，團隊将紅外頻率梳聚焦到氙氣噴霧中，生成波長約爲 148.3 納米的真空紫外（VUV）頻率梳。
△全範圍梳狀掃描
然後，研究人員将 VUV 頻率梳的基頻與铷 -87 原子鍾的頻率進行穩定連接，以确保頻率的準确性，并通過直接激發鈾 -229 的核躍遷，建立核時鍾與原子鍾之間的頻率比測量。
△線路形狀和中心頻率确定
在樣品制備方面，團隊使用摻鈾 -229 的氟化鈣單晶作爲激發目标，摻雜濃度爲 5 × 10^18 cm^-3。
通過 VUV 頻率梳的單一頻率線，他們成功激發了鈾 -229 的核時鍾躍遷，激發後樣品内的鈾 -229 核釋放出熒光光子。
最後，研究人員使用反射抛物鏡收集從鈾 -229 衰變中發出的熒光光子，并通過光電倍增管計數這些光子，記錄信号以分析核躍遷的特性和頻率，成功實現了鈾 -229 核時鍾與铷 -87 原子鍾之間的直接頻率比測量。
△核電四極結構的直接光譜測量一個想理解宇宙的鍾表匠
葉軍現任美國科羅拉多大學博爾德分校的教授，同時也是美國國家标準與技術研究院（NIST）和科羅拉多大學聯合建立的天體物理聯合實驗室（JILA）的研究員。
在原子鍾和量子多體物理學領域頗有盛名。
本科畢業于上海交通大學應用物理系，博士畢業于科羅拉多大學，導師是諾貝爾物理學獎得主約翰 · 霍爾。
自 1999 年，葉軍就緻力于光學原子鍾的研發，他的團隊開發的光學原子鍾被認爲是世界上最精确的時鍾之一，其測量精度達到了每 150 億年誤差不到一秒的水平。
2007 年，葉軍及研究團隊做出了世界上首台" 每 7000 萬年僅誤差 1 秒 "的锶原子光鍾。
此後多年，他的團隊不斷推進原子鍾的性能提升。
2017 年，他們設計了一種新型原子鍾，将锶原子裝入微小的三維光晶格中。這種三維結構使得原子密度較之前的一維光晶格設計提高了近 1000 倍。
而如今，他的團隊在這個領域又有新的突破，成功開發出一種新型核鍾。
未來，我們也有理由期待這位" 想理解宇宙的鍾表匠 "，會給人們帶來更多的驚喜和突破。
參考鏈接：
[ 1 ] https://www.nature.com/articles/s41586-024-07839-6#Sec14
[ 2 ] https://www.nature.com/articles/d41586-024-02865-w
[ 3 ] https://www.nature.com/articles/s41586-024-07839-6
— 完 —
量子位年度 AI 主題策劃正在征集中！
歡迎投稿專題 一千零一個 AI 應用，365 行 AI 落地方案
或與我們分享你在尋找的 AI 産品，或發現的AI 新動向
點這裏關注我，記得标星哦～
一鍵三連「分享」、「點贊」和「在看」
科技前沿進展日日相見 ~
>
