科学家们正在开发基于229Th同位素的高精度核钟，它能够在传统计时之外的潜在应用，如重力传感器和GPS技术。

最近的实验显示了对同分异构体衰变的控制，为物理常数和宇宙之谜（如暗能量）提供了洞见。

原子钟和核钟

原子钟以精确测量“秒”（时间的最小标准单位）而闻名，它依赖于原子中电子的自然振荡，类似于传统祖传钟中钟摆的机制。对更高精度的追求刺激了核钟的发展，它利用原子核的跃迁来比以往任何时候都更精确地跟踪时间。

核时钟技术的进展

229Th同位素的核第一激发态是发展超精密核光学钟的一个日益激烈的竞争者。其103秒的长半衰期和几个电子伏的低激发能量，使其成为真空紫外激光器激发的理想选择，为核钟提供了精确的参考跃迁。此外，核钟还可用于紧凑型固态计量设备和基础物理研究。

为了探索229Th异构体的潜在应用，必须详细了解其基本性质，如异构体能量、半衰期以及激发和衰变动力学。

核时钟的实验进展

在这个方向上，日本冈山大学的平木隆弘助理教授和他的团队，包括吉见明和吉村浩二，朝着这个方向努力，开发了一种实验装置，可以有效地评估229Th异构态的种群并检测其辐射衰变。在他们最近发表在《自然通讯》杂志上的研究中，他们合成了229Th掺杂的VUV透明CaF2晶体，并证明了他们使用X射线控制229Th异构态粒子数的能力。

平木助理教授在解释他们的研究动机时说：“我们的团队正在使用原子和激光进行基础物理学研究。为了实现使用229Th的固态核钟，有必要控制原子核的激发和去激发状态。在这项研究中，我们成功地使用X射线控制了核状态，使我们离建造核钟又近了一步。”

为了研究辐射衰变（去激发），研究小组利用共振X射线束通过第二激发态，从229Th核的基态激发到异构体态。他们发现，掺杂229Th原子核经历了辐射衰变回到基态，同时发射了一个VUV光子。

潜在的应用和未来的影响

其中一个重要发现是，当暴露于X射线束照射和“X射线猝灭”效应时，异构体状态的快速衰变，这使得异构体可以根据需要减少种群。研究人员认为，这种可控的猝灭可以推动核时钟的发展，以及其他潜在的应用，如便携式重力传感器和高精度GPS系统。

平木助理教授强调了核光学钟的潜力，他说：“当正在开发的核钟完成时，它将使我们能够测试‘物理常数’，特别是以前被认为保持不变的精细结构常数，是否会随着时间而变化。如果观察到物理常数的时间变化，它可能会导致暗能量的阐明，暗能量是宇宙中最大的谜团之一。”

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