据日本理化学研究所（RIKEN）官网最新消息，该机构量子计量实验室的物理学家在使用激光设计核钟方面取得突破：成功捕获了钍-229离子，特别是带有3个正电荷的钍-229离子，并使用激光精确测量了它们的衰变寿命。找到合适的元素并测量其核衰变寿命是研制核钟的关键。
用来捕获三电荷钍-229离子并对其进行激光光谱分析的仪器。 图片来源：日本理化学研究所量子计量实验室
目前最先进的光学原子钟计时极为精确，即使经过宇宙年龄两倍的时间，其误差还不到1秒。但现在，许多研究人员正将目光投向下一代超精密计时器——核钟。这种时钟有望帮助科学家揭示新的物理学现象，如暗物质。
核钟的精度要比光学原子钟高10倍，这主要是因为原子核对外部电磁场和温度波动的敏感度远低于电子。但激发原子核所需的能量远远超过传统激光的输出。不过，钍-229原子核是个例外。它在原子核中是个“异类”，具有异常低的激发能量，甚至低到可通过真空紫外激光来激发。
捕获三电荷钍-229离子是开发核钟的有前景的方法。这种钍离子有一个优势，即可通过激光进行冷却。它们在激光照射下会发出荧光，因此也很容易检测到。但在将三电荷钍-229离子用于核钟之前，需要准确测量其原子核衰变寿命等关键参数。RIKEN量子计量实验室研究人员通过从铀中创建三电荷钍-229异构体离子，并用激光探测它们，实现了这一目标。
研究证明，新创建的离子捕获系统可捕获由铀产生的三电荷钍-229离子。最终测得的钍-229离子的衰变寿命约为1400秒，处于合适范围内。研究人员表示，如果寿命太长，就无法测量；如果寿命太短，就无法利用这些离子来制造高精度核钟。1400秒对于核钟应用来说是非常理想的寿命。
目前，团队正将焦点转向开发一种可用于实现核钟的新型激光。
