今天世界上最准的钟是原子钟。它准到什么程度？假如从138亿年前宇宙诞生那一刻起就开始走，走到今天，误差也不会超过1秒。

可这样的钟有个大毛病：太娇气。原子钟靠测量电子在不同能量状态之间的稳定跳跃来计时，而电子待在原子最外层，外界一点杂散的电场、磁场都能干扰它。为了伺候好它，得配上一整间实验室的真空腔和屏蔽设备。精确到了极致，却脆弱到了极致。

于是科学家打起了往原子更深处走的主意：穿过电子，直达原子核，用原子核在两个量子态之间的翻转来计时。按奥地利维也纳工业大学物理学家托尔斯滕·舒姆的说法，这种核钟的精度能比原子钟再高出最多10倍。原子核被电子层层裹在中央，外界干扰天然被挡掉一部分。更妙的是，这样的原子还能整个嵌进晶体里保护起来。

想法好，难处也实在。在绝大多数原子里，要翻动原子核的量子态，得用伽马射线激光器。伽马射线是能量极高的一种光，而这种激光器，人类现在还造不出来。

已知唯一的例外，是一种叫钍229的同位素。2024年，研究者证实，用紫外激光就能激发钍229的原子核跃迁。核钟从纸面走向了现实。美国内华达大学里诺分校的物理学家安德烈·杰列维扬科评价，钍229是大自然的一个怪癖，它的原子核跃迁能量低得出奇，高纯度激光刚好够得着。

舒姆团队接下来的思路是，把钍229原子嵌进晶体，让晶体充当保护壳，这样钟就不再需要庞大的真空设备。剩下的问题是：找到一种合适的晶体。

舒姆说，长晶体就像炼金术，也像做饭，试了不行就换一种，再试。团队摸索了15年，最终拿到的配方是氟化钙晶体，掺入微量钍229，长出来的是毫米大小的透明小方块。舒姆说，最后看着就像一小块玻璃，可背后是几万小时的学习和试错。

晶体造出来了，新麻烦跟着来了。研究者意识到，钍原子坐在晶体内部不同的位置上，周围电场的均匀程度不一样。要是位置不好，不均匀的电场会拖累钟的走时。

在《科学》（Science）期刊发表的这项新研究里，团队用自制的紫外激光，以一个固定波长照射晶体60秒，然后关掉，花5分钟观察受激的原子核退回低能量状态、把光重新发出来的过程。接着换一个激光频率，再来一遍。

如此反复扫描下来，钍原子在晶格里能坐的位置一共找到4个。其中3个位置上的原子会发出好几种波长的光，说明它们周围的电场不均匀；唯独第4个位置只对单一波长有反应，电场均匀，正是造核钟的理想位置。

这项发现让同行等了不少年头。未参与研究的美国加州大学洛杉矶分校物理学家埃里克·赫德森说，这篇论文里的数据，是整个领域一直想看的东西。

基于这个发现，舒姆团队已经造出了最早的一批原型钟，还为把核钟做到一块小芯片上的路线申请了专利。另一边，中国清华大学丁世谦领导的团队也展示了原型核钟，用更强的激光照射钍229浓度稍低的晶体，取得了相当的结果。

舒姆不肯给出核钟超越最好原子钟的时间表，但他放话，到今年年底，他们的钟会比现在的原型至少准上3个数量级，也就是1000倍。不过眼下团队的头等大事不是追精度，而是把钟做小，先从实验室大小缩到鞋盒大小。这样的核钟可以装进数据中心的服务器机架，一旦与天上的卫星授时信号失联，银行交易这类分秒不能乱的系统也能照常运转。

到那时候，那块看着不起眼的小玻璃，可能就藏在某个机房的角落里，替银行守着时间。

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图为从斜角看去的一排彩色挂钟，图源：akinbostanci/Getty Images

信源：Krywko, Jacek. "Physicists pinpoint the perfect crystal site for an ultra-accurate nuclear clock." Scientific American, edited by Sarah Lewin Frasier, 20 Aug. 2026