叶军院士团队登Nature封面：新式核钟可为原子核根本力供给新见地

叨乐 发自 凹非寺
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中国科学院外籍院士、物理学家叶军团队，原子钟项目再次登Nature封面！

这次从投稿到接纳仅用了27天。

具体来说，团队开发了一种根据原子核中能量细小改动的时钟，能做到比现在世界上最好的计时器（光钟）更准确，而且对搅扰的敏感度更低。

被Nature点评为“或许改动根底物理学研讨”，能够供给对原子核中根本力的新见地。

核基固态光学钟的初步

比原子钟还准确！

现在的许多超准确时钟都是用原子的电子能级来计时的，比方锶-87原子钟。

原子钟的丈量精度十分高，每过150亿年才会有一秒的差错。

而根据核能级的核钟被认为是原子钟的pro版别，叶军团队的最新研讨正是环绕这个主题打开。

试验中，叶军团队成功运用真空紫外（VUV）频率梳直接激起铀-229核时钟跃迁，并与铷-87原子钟树立了直接的频率衔接。

这是初次经过激光直接激起铀-229核跃迁，是核时钟与原子钟之间的初次直接频率比丈量。

他们还准确丈量了铀-229核跃迁的肯定频率，达到了千赫兹等级的精度，并成功提取了核四极割裂的内涵特性。这些数据关于暗物质的探究和研讨拓荒了新的方向。

除此之外 ，叶军团队的这项研讨也标志着核基固态光学钟的初步，给这种新式一直今后用在实际情况中打下了根底。

△肯定频率测定

直接激起和频率比丈量

为了完成研讨方针，叶军带领进行了多个试验进程：

首要，他们运用掺铒光纤激光器生成红外频率梳，并经过一系列扩大进程将输出功率提高到40-50瓦特。

△核钟跃迁的VUV梳状光谱

接着，团队将红外频率梳聚集到氙气喷雾中，生成波长约为148.3纳米的真空紫外（VUV）频率梳。

△全规模梳状扫描

然后，研讨人员将VUV频率梳的基频与铷-87原子钟的频率进行安稳衔接，以保证频率的准确性，并经过直接激起铀-229的核跃迁，树立核时钟与原子钟之间的频率比丈量。

△线路形状和中心频率确认

在样品制备方面，团队运用掺铀-229的氟化钙单晶作为激起方针，掺杂浓度为5×10^18 cm^-3。

经过VUV频率梳的单一频率线，他们成功激起了铀-229的核时钟跃迁，激起后样品内的铀-229核释放出荧光光子。

最终，研讨人员运用反射抛物镜搜集从铀-229衰变中宣布的荧光光子，并经过光电倍增管计数这些光子，记载信号以剖析核跃迁的特性和频率，成功完成了铀-229核时钟与铷-87原子钟之间的直接频率比丈量。

△核电四极结构的直接光谱丈量

一个想了解世界的挂钟匠

叶军现任美国科罗拉多大学博尔德分校的教授，一起也是美国国家标准与技能研讨院（NIST）和科罗拉多大学联合树立的天体物理联合试验室（JILA）的研讨员。

在原子钟和量子多体物理学范畴颇有盛名。

本科结业于上海交通大学使用物理系，博士结业于科罗拉多大学，导师是诺贝尔物理学奖得主约翰·霍尔。

自1999年，叶军就致力于光学原子钟的研制，他的团队开发的光学原子钟被认为是世界上最准确的时钟之一，其丈量精度达到了每150亿年差错不到一秒的水平。

2007年，叶军及研讨团队做出了世界上首台“每7000万年仅差错1秒”的锶原子光钟。

尔后多年，他的团队不断推动原子钟的功能提高。

2017年，他们规划了一种新式原子钟，将锶原子装入细小的三维光晶格中。这种三维结构使得原子密度较之前的一维光晶格规划提高了近1000倍。

而现在，他的团队在这个范畴又有新的打破，成功开宣布一种新式核钟。

未来，咱们也有理由等待这位“想了解世界的挂钟匠”，会给人们带来更多的惊喜和打破。