德克萨斯农工大学的特聘教授奥尔加-科恰洛夫斯卡娅博士和其他物理学家已经开始倒计时，他们即将公布新研发的能够打破纪录的新一代计时器，其精确度可达 3000 亿年误差一秒，这一时长相当于是宇宙诞生至今的 22 倍。

由美国德克萨斯农工大学物理与天文系杰出教授奥尔加-科恰洛夫斯卡娅博士（Dr. Olga Kocharovskaya）组成的国际研究小组在开发新一代原子钟的道路上迈出了重要的一步，这种原子钟具有影响基础科学和从核物理到卫星导航和电信等各行各业的惊人潜力。

由阿贡国家实验室资深物理学家尤里-什维德科博士领导的研究小组在欧洲XFEl（EuXFEL）X射线激光设施中首次用世界上最明亮的X射线脉冲共振激发了钪-45核异构体，并以前所未有的精度确定了这一核共振的位置。他们的研究结果刊登在《自然》（Nature）杂志 10 月 19 日的网络版和印刷版上。

发起和支持这项研究的美国国家科学基金会（NSF）项目的首席研究员科恰洛夫斯卡娅解释说："原子钟，如铯-133钟或锶-87钟，依靠的是原子中电子的振荡，当电子被微波或光学辐射激发时，可以以非常可靠的频率振荡。"

钪是一种用于航空航天部件和运动器材的元素，其精度可达3000亿年一秒，比目前的标准原子钟高出约1000倍。钪-45与超亮X射线脉冲的结合，使科学家们距离制造出有史以来第一台可以利用原子核振荡而不是其电子外壳的原子钟又迈进了决定性的一步。

艺术家描绘的钪原子钟。科学家们利用欧洲 XFEL 的 X 射线脉冲来激发钪的原子核--这种过程能够以前所未有的 3000 亿年一秒的精度产生时钟信号。图片来源：欧洲XFEL/耶拿赫尔姆霍兹研究所，托比亚斯-伍斯特费尔德/拉尔夫-罗尔斯伯格

科恰洛夫斯卡娅研究小组的博士后研究员张希文博士是这篇论文的共同作者，他说："对于要求如此精确的目的，包括相对论、引力理论和暗物质等其他物理现象的某些方面的研究，原子钟是终极计时器。"

德克萨斯农工大学物理学家格里戈里-罗加乔夫（Grigory V. Rogachev）博士指出，原子钟的精确度高达一千万亿分之一，它可以开创精确计时的新时代，在无数领域实现变革性应用，带来大量应用和进步。

德克萨斯农工大学物理与天文学系主任、德克萨斯农工大学回旋加速器研究所成员罗加乔夫说："自近代以来，人类一直在寻找制造最精确时钟的技术。目前，原子钟是最好的。科恰洛夫斯卡娅博士和她的合作者们正在向一项新的突破性技术迈出第一步。她的研究为利用钪-45同位素的独特性质制造有史以来最精确的时钟--核时钟--开辟了一条新途径。这一进展可能会在极端计量学、超高光谱学以及潜在的众多其他领域产生令人兴奋的应用"。

科恰洛夫斯卡娅在过去十年中的研究兴趣主要集中在将传统量子光学领域（她将其描述为处理光学光子与原子跃迁之间的可控共振相互作用）扩展到新兴的核/X 射线量子光学领域，重点是控制 X 射线光子与核跃迁之间的共振相互作用。在这一过程中，她发现钪-45具有长寿命的首次激发能态，是量子核存储和原子钟的最佳候选材料。她说，主要问题是利用现有的 X 射线源达到这种状态是否可行。

30 年前，Shvyd'ko 就预见到钪-45 在超分辨相干前向核光谱学方面的巨大潜力，以及利用新兴的新一代加速器设施中的 X 射线对其进行共振激发的可能性，科恰洛夫斯卡娅与 Shvyd'ko 一起向国家科学基金会提交了一份提案，旨在利用 X 射线脉冲对钪-45 核异构体进行共振激发。

她补充说："在数据收集的最初几个小时内，我们就看到了共振，大家都为这一成功而欢欣鼓舞。这对我们所有人来说都很有意义，尤其是尤里，他在 33 年前就意识到了钪-45 在超分辨率核光谱学方面的巨大科学潜力，以及利用现代加速器 X 射线源激发钪-45 的可能性。"

该团队从不满足于已取得的成就，他们已经开始关注下一步的工作和目标，首先是以更高的精度确定共振转变能，并测量异构态的精确寿命。此外，还要观测相干正向核散射，测量核转变的线宽。

"接下来的两个步骤可以用相对简单的方法实现，"张希文承认。"虽然第三步极具挑战性，但对于估算未来原子钟的预计精度和稳定性来说绝对至关重要。作为一个小组和更广泛的研究团队，我们都期待着迎接挑战。"