德克萨斯农工大学物理与天文学系杰出教授奥尔加·科恰洛夫斯卡娅 (Olga Kocharovskaya) 博士组成的国际研究团队在开发新一代原子钟方面迈出了重要一步，该原子钟具有影响基础科学和各行业的令人 惊叹 的潜力 ，从核物理到卫星导航和电信。

由 阿贡国家实验室 高级物理学家 Yuri Shvyd'ko 博士领导的团队的工作，首次在欧洲 XFEl (EuXFEL) X 射线激光设施中用世界上最亮的 X 射线脉冲共振激发了钪 45 核异构体并以前所未有的精确度确定了这次核共振的位置。他们的研究结果 发表在《自然》杂志 网络版和 10 月 19 日印刷版上。

“原子钟，例如铯 133 钟或锶 87 钟，依赖于原子中电子的振荡，当受到微波或光辐射激发时，电子可以以高度可靠的频率振荡，”该项目的首席研究员 Kocharovskaya 解释道。发起并支持这项研究的国家科学基金会 (NSF) 项目。

钪是一种用于航空航天部件和运动器材的元素，其精度可以在 3000 亿年中达到一秒，大约比当前标准原子钟的精度高一千倍。钪 45 和超亮 X 射线脉冲的结合使科学家们朝着创造有史以来第一个核钟迈出了决定性的一步，该核钟可以利用原子核而不是电子壳层的振荡。

“对于需要如此精确的目的，包括研究相对论、引力理论和其他物理现象(如暗物质)的某些方面，核钟是终极计时器，”Kocharovskaya 团队的博士后研究员张希文博士 说。共同撰写了该论文。

德克萨斯 A&M 物理学家格里戈里·V·罗加乔夫 (Grigory V. Rogachev) 博士指出，核钟的精度高达 10,000,000,000,000,000,000 分之一，核钟 可能开创精确计时的新时代，并在无数领域实现变革性应用，从而带来一系列应用和进步。

“自现代以来，人类一直在寻找制造最精确时钟的技术，”德克萨斯农工大学物理和天文学系主任、德克萨斯农工大学回旋加速器研究所成员罗加乔夫 说。“目前，原子钟是最好的。Kocharovskaya 博士和她的合作者现在正在向一项新的突破性技术迈出第一步。她的研究开辟了一条新途径，利用钪 45 同位素的独特性质来创造有史以来最精确的时钟——核时钟。这一进步可能在极端计量学、超高光谱学和潜在的许多其他领域具有令人兴奋的应用。”

Kocharavskaya 在过去十年中的研究兴趣一直集中在将传统量子光学领域(她将其描述为处理光学光子和原子跃迁之间的可控共振相互作用)扩展到专注于控制的新兴核/X 射线量子光学领域X 射线光子和核跃迁之间的共振相互作用。在此过程中，她发现钪 45 具有长寿命的第一激发能态，是量子核存储和核钟的最佳候选者。她说，主要问题是利用可用的 X 射线源是否可以达到这种状态。

与 Shvyd'ko 一起，30 年来，他预见到钪 45 在超分辨率相干前向核光谱方面的巨大潜力，以及通过来自新兴的新一代加速器设施的 X 射线共振激发的可能性之前，Kocharovskaya 向 NSF 写了一份提案，旨在使用 X 射线脉冲共振激发钪 45 核异构体。

德克萨斯 A&M 量子科学研究所成员 Kocharovskaya 表示：“最初，它收到的评价褒贬不一，因为它被认为是一个高风险/高回报的项目，但最终它获得了资助，使我们能够在 EuXFEL 计划实验。” 和工程。

Kocharovskaya 认为 Shvyd'ko 不仅是该小组研究的领导者，而且是整个团队的灵感来源。从协调所有小组的努力，进入项目的每个细节，到每周召开 Zoom 会议，讨论实验准备过程中的多重挑战和进展，她说，他的领导能力和辛勤工作提供了一个切实的例子，准确地说明了看到长期的科学梦想成为现实。此外，她指出，如果没有德国同事的重大贡献，该项目就不会成功：DESY 和耶拿亥姆霍兹研究所的 Ralf Röhlsberger 博士;海德堡马克斯·普朗克核物理研究所的 Jörg Evers 博士;和博士。EuXFEL 的 Anders Madsen 和 Gianlcuca Geloni 以及他们各自领导的小组。

“在数据收集的最初几个小时内就看到了共鸣，我们都高兴地庆祝了这一成功，”她补充道。“这对我们所有人来说都是有益的，尤其是对 Yuri 来说，他在 33 年前就认识到钪 45 在超分辨率核光谱方面的巨大科学潜力，以及用基于现代加速器的 X 射线源激发它的可能性。”

该团队从不满足于现状，他们已经专注于下一步和目标，首先以更高的精度确定共振跃迁能量，并测量异构体状态的准确寿命。此外，还观察相干前向核散射并测量核跃迁的线宽。

“接下来的两个步骤可以通过相对简单的方式实现，”张承认。“虽然第三步极具挑战性，但为了估计任何未来核钟的预计精度和稳定性，它绝对至关重要。作为一个团队和一个更广泛的研究团队，我们都期待着这一挑战。”

德克萨斯农工大学物理与天文学系杰出教授奥尔加·科恰洛夫斯卡娅 (Olga Kocharovskaya) 博士组成的国际研究团队在开发新一代原子钟方面迈出了重要一步，该原子钟具有影响基础科学和各行业的令人 惊叹 的潜力 ，从核物理到卫星导航和电信。

由 阿贡国家实验室 高级物理学家 Yuri Shvyd'ko 博士领导的团队的工作，首次在欧洲 XFEl (EuXFEL) X 射线激光设施中用世界上最亮的 X 射线脉冲共振激发了钪 45 核异构体并以前所未有的精确度确定了这次核共振的位置。他们的研究结果 发表在《自然》杂志 网络版和 10 月 19 日印刷版上。

“原子钟，例如铯 133 钟或锶 87 钟，依赖于原子中电子的振荡，当受到微波或光辐射激发时，电子可以以高度可靠的频率振荡，”该项目的首席研究员 Kocharovskaya 解释道。发起并支持这项研究的国家科学基金会 (NSF) 项目。

钪是一种用于航空航天部件和运动器材的元素，其精度可以在 3000 亿年中达到一秒，大约比当前标准原子钟的精度高一千倍。钪 45 和超亮 X 射线脉冲的结合使科学家们朝着创造有史以来第一个核钟迈出了决定性的一步，该核钟可以利用原子核而不是电子壳层的振荡。

“对于需要如此精确的目的，包括研究相对论、引力理论和其他物理现象(如暗物质)的某些方面，核钟是终极计时器，”Kocharovskaya 团队的博士后研究员张希文博士 说。共同撰写了该论文。

德克萨斯 A&M 物理学家格里戈里·V·罗加乔夫 (Grigory V. Rogachev) 博士指出，核钟的精度高达 10,000,000,000,000,000,000 分之一，核钟 可能开创精确计时的新时代，并在无数领域实现变革性应用，从而带来一系列应用和进步。

“自现代以来，人类一直在寻找制造最精确时钟的技术，”德克萨斯农工大学物理和天文学系主任、德克萨斯农工大学回旋加速器研究所成员罗加乔夫 说。“目前，原子钟是最好的。Kocharovskaya 博士和她的合作者现在正在向一项新的突破性技术迈出第一步。她的研究开辟了一条新途径，利用钪 45 同位素的独特性质来创造有史以来最精确的时钟——核时钟。这一进步可能在极端计量学、超高光谱学和潜在的许多其他领域具有令人兴奋的应用。”

Kocharavskaya 在过去十年中的研究兴趣一直集中在将传统量子光学领域(她将其描述为处理光学光子和原子跃迁之间的可控共振相互作用)扩展到专注于控制的新兴核/X 射线量子光学领域X 射线光子和核跃迁之间的共振相互作用。在此过程中，她发现钪 45 具有长寿命的第一激发能态，是量子核存储和核钟的最佳候选者。她说，主要问题是利用可用的 X 射线源是否可以达到这种状态。

与 Shvyd'ko 一起，30 年来，他预见到钪 45 在超分辨率相干前向核光谱方面的巨大潜力，以及通过来自新兴的新一代加速器设施的 X 射线共振激发的可能性之前，Kocharovskaya 向 NSF 写了一份提案，旨在使用 X 射线脉冲共振激发钪 45 核异构体。

德克萨斯 A&M 量子科学研究所成员 Kocharovskaya 表示：“最初，它收到的评价褒贬不一，因为它被认为是一个高风险/高回报的项目，但最终它获得了资助，使我们能够在 EuXFEL 计划实验。” 和工程。

Kocharovskaya 认为 Shvyd'ko 不仅是该小组研究的领导者，而且是整个团队的灵感来源。从协调所有小组的努力，进入项目的每个细节，到每周召开 Zoom 会议，讨论实验准备过程中的多重挑战和进展，她说，他的领导能力和辛勤工作提供了一个切实的例子，准确地说明了看到长期的科学梦想成为现实。此外，她指出，如果没有德国同事的重大贡献，该项目就不会成功：DESY 和耶拿亥姆霍兹研究所的 Ralf Röhlsberger 博士;海德堡马克斯·普朗克核物理研究所的 Jörg Evers 博士;和博士。EuXFEL 的 Anders Madsen 和 Gianlcuca Geloni 以及他们各自领导的小组。

“在数据收集的最初几个小时内就看到了共鸣，我们都高兴地庆祝了这一成功，”她补充道。“这对我们所有人来说都是有益的，尤其是对 Yuri 来说，他在 33 年前就认识到钪 45 在超分辨率核光谱方面的巨大科学潜力，以及用基于现代加速器的 X 射线源激发它的可能性。”

该团队从不满足于现状，他们已经专注于下一步和目标，首先以更高的精度确定共振跃迁能量，并测量异构体状态的准确寿命。此外，还观察相干前向核散射并测量核跃迁的线宽。

“接下来的两个步骤可以通过相对简单的方式实现，”张承认。“虽然第三步极具挑战性，但为了估计任何未来核钟的预计精度和稳定性，它绝对至关重要。作为一个团队和一个更广泛的研究团队，我们都期待着这一挑战。”

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