物理学家的激光实验激发了原子核 可能使新型原子钟成为可能

近 50 年来，物理学家一直梦想着通过利用激光提高原子核的能级来揭开秘密。这一成就将使当今的原子钟被核钟取代，而核钟将是有史以来最精确的时钟，从而推动深空导航和通信等技术的发展。它还将使科学家能够精确测量自然界的基本常数是否真的是恒定的，还是仅仅因为我们还没有足够精确地测量它们而显得恒定。

现在，由加州大学洛杉矶分校物理学和天文学教授埃里克·哈德森领导的研究小组完成了看似不可能的任务。通过将钍原子嵌入高度透明的晶体中并用激光轰击晶体，哈德森的研究小组成功地让钍原子的原子核像原子中的电子一样吸收和发射光子。这一惊人的壮举发表在《物理评论快报》杂志上的一篇论文中。

这意味着，目前使用原子电子进行的时间、重力和其他领域的测量可以以高出几个数量级的精度进行。原因是原子电子受到其环境中许多因素的影响，这会影响它们吸收和发射光子的方式并限制其准确性。另一方面，中子和质子被束缚在原子核内，并且高度集中，受到的环境干扰较少。

利用这项新技术，科学家或许能够确定基本常数(例如精细结构常数，它决定了原子结合在一起的力的强度)是否发生变化。天文学的线索表明，精细结构常数可能在宇宙的任何地方或所有时间点都不一样。使用核钟精确测量精细结构常数可能会完全改写一些最基本的自然定律。

“核力如此之强，意味着原子核中的能量比电子中的能量强一百万倍，这意味着，如果自然界的基本常数发生偏离，原子核中产生的变化会更大、更明显，从而使测量的灵敏度提高几个数量级，”哈德森说。

“使用核钟进行这些测量将提供迄今为止最灵敏的‘恒定变化’测试，并且未来 100 年内可能没有任何实验可以与之匹敌。”

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