让核钟持续走动的那束光 — The Knowledge Frontier

光钟为计量科学和基础物理检验提供了精确的频率基准。钍-229原子核则提供了更奇特的东西：它的原子核有一个低位激发态，比基态高约8.4电子伏特，可以用激光达到。基于原子核的时钟对自然界基本常数可能存在的变化尤为敏感。而如果把钍嵌入透明晶体中，它就可能成为一台固态核钟。

难点在于颜色。这一跃迁需要波长为148.4纳米的光，处于真空紫外波段。最近的研究已经表明，这样的光可以激发原子核并驱动核钟运行。然而，要读出微弱的吸收，光源必须在数小时内提供稳定的光子流，而且必须滤除其强度漂移。

利益冲突。 部分作者是激光公司上海频准激光科技（Shanghai Precilasers Technology）的员工或所有者。作者声明没有其他利益冲突。

把波长连续减半三次

这支团队来自中国科学技术大学、合肥国家实验室、中国科学院下属研究所以及上述公司。他们从一台波长1,187纳米的连续红外激光器出发。连续三级倍频把它的波长减半：先到594纳米，再到297纳米，最后到148.4纳米。

最后一步在一块四硼酸锶晶体中进行。这种材料在真空紫外波段透明，能把光转换为两倍的频率。晶体放在一个密封盒中，盒内抽空后重新充入纯度高于99.9999%的氮气，因为氧气会吞噬这种光。这一特性还兼作一项检验：放入一点氧气，148.4纳米的信号就会消失，只剩下背景噪声。

在输入920毫瓦297纳米光的情况下，光源在148.4纳米处输出估计8.1纳瓦。
信号比加入氧气后剩下的背景强38,000倍。
这一输出约为此前一个团队报告的1.3纳瓦的六倍。但作者强调，这是在泵浦功率高得多的条件下获得的；按每瓦平方计算，两种转换效率相当，因此并不能说明这块晶体效率更高。

从同一块原料上切下的晶体表现并不相同。一块在30 °C左右效果最好，另一块则在45 °C和48 °C附近，取决于光束打在哪个位置。每一块都需要单独调节。

在团队进行原子核吸收测量（详见一篇配套论文）期间，光源运行了33.3小时。在泵浦保持稳定的情况下，它的输出从每秒约500万计数缓慢上升到800万计数；漂移的原因仍未查明。

为了克服这种漂移，团队把每一毫秒的信号与紧邻其前后的毫秒进行比较。在另一次三小时的运行中，这种局部参考让噪声几乎能像光子统计所允许的那样平均下降，1,000秒后达到3.5 × 10⁻⁵的相对稳定度。作者把它定位为一次离线的平均测试，还不是测得的吸收探测极限。

在理论上，在一块更薄的晶体周围加装反射镜谐振腔，可以把输出提高到约3.4微瓦——这一预测假设损耗很低且运行稳定。对晶体进行掺杂或控制其内部结构是另外的途径。就目前而言，这一成果提供了一个实用且能长时间运行的光源，用来聆听钍原子核微弱的吸收。