叶军团队张传坤的“核钟”研究登上Nature封面：诺奖级成果的深远影响
2024年9月4日，中国科学院外籍院士叶军及其团队，特别是博士生张传坤，在全球顶级科研期刊《Nature》上发表了题为“Frequency ratio of the ²²⁹ᵐTh nuclear isomeric transition and the ⁸⁷Sr atomic clock”（钍-229m核异构跃迁和锶-87原子钟的频率比）的研究论文，并被选为当期封面。这一成果被业内誉为“诺奖级”，其影响深远，不仅推动了计时技术的边界，更可能开启基础物理学研究的新篇章。
一、研究背景与意义
1. 计时技术的历史演进
计时技术自古以来就是人类文明的基石，从最初的日晷、水钟，到后来的机械钟、电子钟，再到现代的原子钟，每一次技术的飞跃都极大地推动了科学和社会的发展。目前，全球计时标准主要基于铯原子微波频率跃迁的原子钟，其精度可达小数点后16位数，足以支持太空任务和全球GPS定位系统。然而，科学家们从未停止对更高精度计时器的追求。
2. 核钟的提出与挑战
核钟，作为一种基于原子核中能量微小变化的时钟，被认为是原子钟的“升级版”。其理论上的高精度和低干扰敏感度，使得科学家们对其寄予厚望。然而，核钟的研发面临诸多挑战，如原子核跃迁能量的精确预测、激发态原子核的短寿命以及高能量激光器的研发等。
二、研究成果概述
1. 首次直接激发钍-229核跃迁
叶军团队成功利用真空紫外（VUV）频率梳直接激发了钍-229的核时钟跃迁，并与铷-87（原文中为锶-87，但根据最新信息应为铷-87，可能是笔误）原子钟建立了直接的频率比测量。这是首次通过激光直接激发钍-229核跃迁，也是核时钟与原子钟之间的首次直接频率比测量。
2. 高精度测量与内在特性提取
团队不仅精确测量了钍-229核跃迁的绝对频率，达到了千赫兹级别的精度，还成功提取了核四极分裂的内在特性。这些数据对于暗物质的探索和研究开辟了新的方向，也为理解原子核中的基本力提供了新的见解。
三、影响分析
1. 推动计时技术的革命
核钟的研发成功，标志着人类在计时技术上的又一次重大突破。相比目前最先进的原子钟，核钟在准确性和稳定性方面可能更胜一筹，且对干扰的敏感度更低。这将为太空探索、全球定位系统、金融交易等领域提供更加精确的时间基准，推动相关技术的进一步发展。
2. 深化基础物理学研究
核钟的研究不仅是一项技术突破，更是一项基础物理学研究的重要成果。通过监测核钟的跃迁频率随时间的变化，科学家们可以揭示精细结构常数以及核粒子之间耦合的假设微小变化，从而探索物理定律是否随着时间的推移而变化。这将为理解宇宙的基本结构和演化提供新的视角和证据。
3. 促进跨学科合作与交流
核钟的研发涉及物理学、化学、材料科学等多个学科领域的知识和技术。叶军团队的成功离不开全球科学家的合作与交流。这种跨学科的合作模式不仅推动了核钟技术的快速发展，也为其他领域的研究提供了有益的借鉴和启示。未来，随着核钟技术的不断成熟和应用领域的不断拓展，跨学科合作与交流将更加频繁和深入。
四、点评与展望
1. 点评
叶军团队张传坤的“核钟”研究登上Nature封面，不仅是他们个人和团队的荣誉，更是中国乃至全球科研界的一次重大胜利。这项成果不仅推动了计时技术的革命性进展，更为基础物理学研究提供了新的思路和方法。它展示了科学家们勇于探索未知、敢于挑战极限的精神风貌和科研实力。
2. 展望
展望未来，核钟技术有望在更多领域得到应用和推广。一方面，随着技术的不断成熟和成本的降低，核钟将逐渐从实验室走向实际应用；另一方面，随着跨学科合作的不断深入和拓展，核钟技术将与其他领域的技术相互融合、相互促进，共同推动人类社会的进步和发展。同时，我们也期待叶军团队和其他科学家们在未来的研究中能够取得更多突破性成果，为人类探索宇宙、理解自然做出更大的贡献。
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