一项基于钍-229的光学核钟,配备有反馈环路

钍-229同位素中的激光可及核跃迁已被确认为实现光学核钟的有前景候选方案。此类核钟有望与基于原子或离子电子壳层跃迁的现有光学时钟相媲美甚至超越,对外部扰动具有更强的鲁棒性,并在基于时钟的基础物理原理测试中提供更高的灵敏度。本研究通过基于连续吸收光谱的快速反馈机制,将连续波激光锁定在148 nm核跃迁上,从而实现了钍-229核钟。钍-229原子核被嵌入毫米级室温氟化钙晶体中。研究人员将148 nm辐射的次谐波与Yb+单离子时钟进行连续比对。该核钟表现出简单的散粒噪声限制分数频率不稳定性标度,为 \(3\cdot 10^{-12} \sqrt{τ/\text{s}}\),其中 \(τ\) 为平均时间,在连续运行1天后接近 \(10^{-15}\) 不稳定性水平。未来固态核钟的不稳定性有望提升数个数量级。该团队利用该核钟,通过搜索20秒至1天时间尺度上核跃迁能量的周期性波动和缓慢漂移,来约束超轻暗物质模型。受益于钍-229跃迁的增强灵敏度,这些约束在暗物质与光子耦合方面与最佳原子钟相竞争,并在与强力和夸克耦合方面超越了以往测量结果。
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提交arXiv: 2026-06-03 15:15

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