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构建精确保持时间的时钟的任务完全不同于发条。普通时钟有助于我们很好地满足日常实际需求，但基于敏感测量的科学研究和技术需要能够以最高精度测量时间流逝的时钟。因此，科学家发明了原子钟 - 虽然它们比传统系统更准确地保持时间，但仍有很大的改进空间。现在，科学家正在从原子世界转向核原子世界。一项新的研究发表在 性质 这表明德国物理学家已经开发出一种能够每200亿年不到十分之一秒钟的钟表。那是 - 取决于你如何看待它 - 比现有的原子技术好10倍
但在我们将原子钟称为过时之前，让我们考虑是什么让它们与钟摆炫耀的祖先不同。
每个时钟都使用谐振器来跟踪时间。谐振器是一种机制，为了简化起见，定期“滴答”。旧钟表使用摆锤和齿轮作为谐振器。数字时钟使用电源线或石英晶体上的振荡作为谐振器。通过使用原子本身的共振频率作为谐振器，原子钟将这个想法向前推进了几步。在该系统中，谐振器由原子的量子跃迁发射的电磁辐射调节。换句话说，原子钟通过测量原子粒子中的能量变化来跟踪时间。
对于某些元素及其同位素，这种情况发生在一致的频率上。例如，铯-133以每秒9,192,631,770个周期的速度振荡。这就是为什么它在1955年用于在英国国家物理实验室建造第一个原子钟的原因。
从那时起，许多技术进步已经产生了更准确的原子钟 - 包括激光冷却和原子捕获，更精确的激光光谱，以及找出表现出更一致的共振频率的其他同位素元素。目前最准确的原子钟的记录保持者基于镱离子的读数。
原子钟如此关键的原因与时钟在不同高度上测量时间的事实有关。时钟距离主要重力源越远，时间越快（即珠穆朗玛峰时钟比海平面时钟更快）。差异似乎可以忽略不计，但随着时间的推移，可能会增加。
如今，我们的大部分技术都作为全球应用运行，如GPS。为了确保它们在同一时间运行而不管某人在哪里，它们必须直接绑定到准确的时钟。没有比使用原子钟作为标准更好的方法来确保这一点。在最新的研究中，德国研究小组概述了直接测量元素原子核本身振荡的想法（与核周围的电子相反）。基于此设计的原子钟可以避免受到外力的影响。研究小组确定了钍同位素Th-229m的激发态，可以发挥作用 - 并说明支持这一观点的实验结果。
只有一个问题：Th-229m不会自然发生。虽然这项新研究的结果令人印象深刻，但目前还不清楚研究人员究竟如何能够收获足够的Th-229m来建造和维护核钟。在这种情况下，研究人员使用铀-233作为来源获得了Th-229m。这不是一个简单的过程。
如果科学家们弄清楚如何解决这个小问题并产生可持续数量的Th-229m，那么我们正在研究新一代原子钟，无疑将起到重要作用，因为我们正在构建越来越多的跨越全球的技术。为世界各个角落的人们提供服务。