时间测量一直是人类文明的基本方面，从最初的日晷发展到今天高度精确的原子钟。对更高精度的追求促使科学家探索核钟，这种钟表承诺具有前所未有的准确性。最近发表在《自然》的论文，探讨了 229mTh 同质异能态跃迁与 87Sr 原子钟的频率比，强调了这项研究在精密计量学和基础物理学领域的重要性。
钍-229（229Th）因其异常低能量的同质异能态（称为 229mTh）而在核中独树一帜。该状态的能量约为8 eV，使其可以通过真空紫外（VUV）激光光源进行访问。229mTh同质异能态跃迁涉及从基态（I=5/2）到激发态（I=3/2）的变化，可以使用先进的光谱技术精确测量。
229mTh 用于核钟的潜力在于其窄线宽和高品质因数（Q因数），这些都是实现高精度时间测量的关键。229mTh的跃迁频率已确定为约 2,020,407,384,335 kHz。
87Sr 原子钟锶-87（87Sr）原子钟是目前最精确的时间测量设备之一。这些钟表基于 87Sr 原子的 5s^2 1S_0 和 5s5p^3P_0 状态之间的电子跃迁，发生在约 429,228,004,229,879 Hz 的频率下。87Sr 原子钟的高稳定性和精度使其成为卫星导航系统、互联网同步和基础物理研究等各种应用的理想选择。
频率比的测量229mTh同质异能态跃迁与87Sr原子钟的频率比是开发核钟的关键参数。该比率提供了核能级和电子能级之间的直接联系，能够进行不同时间测量系统的比较和验证。
为了测量这个比率，研究人员使用稳定在 87Sr 原子钟上的VUV频率梳。频率梳通过飞秒增强腔在VUV范围内相干地上转换到第七谐波。这种设置允许在固态 CaF_2 主体材料中直接激发229Th核钟跃迁，从而精确测量跃迁频率。
最近的实验表明在这一领域取得了重大进展，一组研究人员成功测量了229mTh同质异能态跃迁和87Sr原子钟之间的频率比。他们的结果表明，229mTh同质异能态跃迁确实是一个有希望的核时钟候选者，其潜在的精度可能超过目前的光学原子钟。
意义和应用测量229mTh同质异能态跃迁与 87Sr 原子钟的频率比的能力标志着精密计量学的一个重要里程碑。基于229mTh的核钟相比传统原子钟具有多种优势，包括对外部扰动的敏感性降低和长期稳定性更高。
这些进展对基础物理学有深远影响。例如，核钟可以用于测试基本常数的恒定性、寻找暗物质和探索重力下的量子效应。此外，核钟的发展可能导致更精确的时间测量系统，增强卫星导航系统、互联网同步和安全通信等技术。
结论探索229mTh同质异能态跃迁与87Sr原子钟的频率比代表了精密计量学、超快强场物理学、核物理学和基础物理学的融合。这项研究不仅为下一代时间测量设备铺平了道路，还为探究自然基本法则开辟了新途径。随着科学家继续完善这些技术，在应用物理和理论物理领域取得突破性发现的潜力依然巨大。
