摘要：历时二十年，物理学家终于找到了它：钍-229核的精确跃迁频率，2,020,407,384,335 kHz，误差仅±2 kHz。毫不起眼的一串数字，却是通往新物理的钥匙。

历时二十年，物理学家终于找到了它：钍-229核的精确跃迁频率，2,020,407,384,335 kHz，误差仅±2 kHz。毫不起眼的一串数字，却是通往新物理的钥匙。

这不是一个新发现，而是一个终于落实的老谜团。从1970年代开始，科学家就怀疑钍-229的核能级存在一个“异常低”的跃迁，能量仅8 eV，处于紫外波段，理论上可被激光激发。这打破了所有核物理常识——核跃迁的能量一般是电子跃迁的百万倍。它的“弱”，是偶然，是核强相互作用与电磁作用在一个特定同位素中精密抵消的结果。

2003年，第一篇关于“核钟”可行性的论文正式提出。从那时起，全世界的实验室像黑暗中射箭，不知道靶心在哪，只知道它存在。直到2023年，CERN通过间接手段精确测定了跃迁能量，锁定在8.3 eV，波长约148 nm。

2024年，三个实验室几乎同时完成突破。4月，德奥联合团队首次用激光激发跃迁；7月，UCLA确认并提高频率精度千倍；9月，一支团队用频率梳激光测得跃迁频率，精确到万分之一赫兹级别。

这项技术难度远超原子钟的初建过程。原子钟依赖电子能级跃迁，核钟则深入到核子结构——一个受强相互作用主导的领域。问题不仅在能量高低，还在核跃迁本身的寿命、谱线宽度、态混合等量子细节。即使知道频率，没有稳定同位素源、没有精密紫外激光、没有量子控制手段，也无法实现实测。

那为何非做不可？

因为电子能级终究受环境干扰——外部电场、磁场、温度波动、材料应力，全都会导致跃迁频率漂移。而原子核深藏电子云中，对这些干扰屏蔽更强，可实现十万倍于原子钟的稳定性。核钟一旦建成，将成为人类有史以来最精确的计时装置，时间不再是由秒定义，而是由“核秒”定义。

精度是手段，目标是变量。

标准模型认为，宇宙基本常数——光速、普朗克常数、电荷量、真空介电常数、重力常数、精细结构常数α——是绝对常量。它们无法由理论导出，只能通过实验测量。而这恰恰是漏洞。自然为何选取这些数值？为何不是其他？没人知道。

尤其是精细结构常数α≈1/137，它决定了电磁作用强度，直接影响电子轨道半径、原子大小、化学反应乃至生物分子稳定性。它如果大一点，电子会塌入原子核；小一点，电子无法束缚，原子无法存在。

这个α，在过去几十年中被反复怀疑“不恒定”。最著名的是John Webb团队用类星体光谱分析宇宙早期的吸收线，结果显示α随时间和方向有微弱漂移，约百万分之一。但其他团队未能复现，争议持续至今。因为没有更精密的计时器，没有能解构电子跃迁微扰效应的装置。

原子钟可以测时间漂移，但它本身也依赖α。要想测α是否变化，不能用α定义的工具。这正是核钟的用武之地。由于核跃迁对α的敏感度极高，α如果变动，即使是千万分之一，也能从核钟频率中读出。这将首次真正测量α的时间演化，而非间接推断。

理论物理界一直有三类模型暗示常数可能变化。

第一类，弦理论模型。在10维时空中，额外维度以微观尺度卷曲，而卷曲半径与基本常数耦合。如果额外维度因某种机制扩张或波动，常数值也会改变。α的变化被视为额外维度物理的在三维空间中的投影。

第二类，暗物质模型。若暗物质不是完全惰性的，而是通过某种微弱机制与常规粒子耦合，特别是通过轻标量场与α发生作用，那么随着地球穿越银河系暗物质云团，α会周期性漂移或震荡。

第三类，多宇宙模型。常数并非统一由某个机制规定，而是宇宙“初始条件”的自然分布。在这种图景下，不同宇宙拥有不同α，人类只是恰好诞生在那个α值合适的宇宙中。但如果如此，局域常数也应在极小范围内有微扰波动，可由核钟验证。

当然，实验结果很可能仍然是“无变化”，但这种“无”才是真正有价值的限制。就像广义相对论建立初期，每次“未发现引力波”的结果都反而更加约束模型。

顺便一提，2018年曾有一个实验，用原子钟测出α的年变化率上限为10^-17，但误差区间覆盖0。也就是说，结果不能排除α恒定，也不能排除极慢变。要突破误差，就得用核钟。

还有一点被忽略了：核钟的诞生，是时间定义方式的根本性替代。

目前国际单位制中的“秒”，定义为铯-133原子某跃迁对应的9192631770次振荡。这一频率稳定，但仍是电子层级，受电磁干扰。将来若用钍-229核跃迁定义时间单位，意味着“时间”这一概念将直接绑定在强核力支配的尺度上，成为继质子质量、光速后，又一个回归核物理本源的基本单位。

核钟是工具，更是探针。它不仅用于验证α的稳定性，也可用于探测引力变化、暗能量耦合、精密测试广义相对论中的时间膨胀、甚至探测通过地球的暗物质团簇。它甚至可用于重新测量基本常数之间的耦合结构，验证洛伦兹不变性是否完美成立。

这项技术，将物理学的可测精度推向21世纪真正的新前沿。标准模型之外的物理，不再是猜测，而是可观测。

此刻，我们仍未离开地球，但仪器已直指宇宙的底层参数。

来源：老胡科学一点号