核时钟与自然的基本常数

如今，科学家们首次成功利用激光将钍原子核从一个状态转移到另一个状态——尽管数十年来，人们一直在推测，如果有一天能实现这一壮举，将会带来哪些技术上的可能。期望颇高：其中最著名的设想可能就是核时钟，但基于钍跃迁的精密测量可能会为截然不同的研究领域开辟新的可能性。

时间测量

目前最精确的时间测量装置是原子钟——它们甚至已经改变了我们对时间单位的定义。如今，一秒被定义为对应特定数量的光振荡的时间长度，这些光必须照射在铯原子上，才能将其电子从一个状态转移到另一个状态。

类似于摆钟的摆锤，铯原子的光振荡起着计时器的作用，为最精确的时间测量提供稳定的滴答声。如今，原子钟被用于卫星协调、确保GPS信号的高精度，并且在电信领域也发挥着重要作用。

然而，除了铯原子外，钍原子核现在也可以用于计时。只有当钍原子核被具有精确频率的激光束照射时，它们才会改变状态。如果激光的频率稍有变化（例如由于外部干扰），这立即会导致钍原子核响应的变化。因此，激光与钍原子核的结合可以使激光频率保持极高的稳定性，并确保激光频率不会漂移。

由于原子核比原子小得多，并且对电磁扰动的敏感性要低得多，因此在测量时间方面，原子核可以比原子实现更高的精度。

更好的时钟让一切变得更好

有了更精确的时间测量，其他物理量也可以更准确地测量。这是一个众所周知的现象：例如，在航海导航中，人们长期以来一直面临一个问题，即虽然很容易根据太阳的位置来确定纬度，但需要精确的时钟才能正确计算经度。更精确的时间测量往往使其他测量成为可能。

例如，爱因斯坦的相对论指出，时间并不是在任何地方都以相同的方式流逝：时间的流逝取决于引力场。因此，极精确的时钟可用于精确测量地球的引力场——其应用广泛，从寻找矿产资源到板块构造和地震预测的研究。

人们还寄予厚望，希望新的、更好的时钟能够解决物理学中以前未解决的基本问题：如果能够比以前更准确地测量自然常数，那么就可以检验这些自然常数是否并非完全恒定不变的理论。它们是否会随时间而变化？暗物质研究也希望通过更精确的测量获得新的见解。

仅仅通过粒子加速器观察最小的粒子，或观察太空最遥远的区域，并不总是能够更接近自然的基本法则。有时，你只需要更高的精度——这正是近年来新发现的钍跃迁及其所有潜在应用在未来几年和几十年中应该发挥的作用。