德州農工大學的特聘教授奧爾加-科恰洛夫斯卡婭博士和其他物理學家已經開始倒數計時，他們即將公佈新研發的能夠打破紀錄的新一代計時器，其精確度可達3000 億年誤差一秒，這一長度相當於宇宙誕生至今的22 倍。

由美國德州農工大學物理與天文系傑出教授奧爾加-科恰洛夫斯卡婭博士（Dr. Olga Kocharovskaya）組成的國際研究小組在開發新一代原子鐘的道路上邁出了重要的一步，這種原子鐘具有影響基礎科學和從核物理到衛星導航和電信等各行各業的驚人潛力。

由阿貢國家實驗室資深物理學家尤里-什維德科博士領導的研究小組在歐洲XFEl（EuXFEL）X射線雷射設施中首次用世界上最明亮的X射線脈衝共振激發了鈧-45核異構體，並以前所未有的精度確定了這一核共振的位置。他們的研究結果刊登在《自然》（Nature）雜誌10 月19 日的網路版和印刷版。

發起和支持這項研究的美國國家科學基金會（NSF）計畫的首席研究員科恰洛夫斯卡婭解釋說：”原子鐘，如銫-133鐘或鍶-87鐘，依靠的是原子中電子的振盪，當電子被微波或光學輻射激發時，可以以非常可靠的頻率振盪。”

鈧是一種用於航空航太零件和運動器材的元素，其精度可達3000億年一秒，比目前的標準原子鐘高出約1000倍。鈧-45與超亮X射線脈衝的結合，使科學家們距離製造出有史以來第一台可以利用原子核振盪而不是其電子外殼的原子鐘又邁進了決定性的一步。

藝術家描繪的鈧原子鐘。科學家利用歐洲XFEL 的X 射線脈衝來激發鈧的原子核–這個過程能夠以前所未有的3000 億年一秒的精度產生時脈訊號。圖片來源：歐洲XFEL/耶拿赫爾姆霍茲研究所，托比亞斯-伍斯特費爾德/拉爾夫-羅爾斯伯格

科恰洛夫斯卡婭研究小組的博士後研究員張希文博士是這篇論文的共同作者，他說：”對於要求如此精確的目的，包括相對論、引力理論和暗物質等其他物理現象的某些方面的研究，原子鐘是終極計時器。”

德州農工大學物理學家格里戈里-羅加喬夫（Grigory V. Rogachev）博士指出，原子鐘的精確度高達一千萬億分之一，它可以開創精確計時的新時代，在無數領域實現變革性應用，帶來大量應用與進步。

德州農工大學物理與天文學系主任、德州農工大學迴旋加速器研究所成員羅加喬夫說：『自近代以來，人類一直在尋找製造最精確時鐘的技術。目前，原子鐘是最好的。科恰洛夫斯卡婭博士和她的合作者們正在向一項新的突破性技術邁出第一步。她的研究為利用鈧-45同位素的獨特性質製造有史以來最精確的時鐘–核時鐘–開闢了一條新途徑。這一進展可能會在極端計量學、超高光譜學以及潛在的眾多其他領域產生令人興奮的應用」。

科恰洛夫斯卡婭在過去十年中的研究興趣主要集中在將傳統量子光學領域（她將其描述為處理光學光子與原子躍遷之間的可控共振相互作用）擴展到新興的核/ X 射線量子光學領域，重點在於控制X 射線光子與核躍遷之間的共振相互作用。在這過程中，她發現鈧-45具有長壽命的首次激發能態，是量子核儲存和原子鐘的最佳候選材料。她說，主要問題是利用現有的X 射線源達到這種狀態是否可行。

30 年前，Shvyd’ko 就預見到鈧-45 在超分辨相干前向核光譜學方面的巨大潛力，以及利用新興的新一代加速器設施中的X 射線對其進行共振激發的可能性，科恰洛夫斯卡婭與Shvyd’ko 一起向美國國家科學基金會提交了一份提案，旨在利用X 射線脈衝對鈧-45 核異構體進行共振激發。

她補充說：”在數據收集的最初幾個小時內，我們就看到了共振，大家都為這一成功而歡欣鼓舞。這對我們所有人來說都很有意義，尤其是尤里，他在33 年前就意識到了鈧-45 在超分辨率核光譜學方面的巨大科學潛力，以及利用現代加速器X 射線源激發鈧-45 的可能性。”

團隊從不滿足於已取得的成就，他們已經開始專注於下一步的工作和目標，首先是以更高的精度確定共振轉變能，並測量異構態的精確壽命。此外，還要觀測相干正向核散射，測量核轉變的線寬。

“接下來的兩個步驟可以用相對簡單的方法實現，”張希文承認。”雖然第三步極具挑戰性，但對於估算未來原子鐘的預期精度和穩定性來說絕對至關重要。作為一個小組和更廣泛的研究團隊，我們都期待著迎接挑戰。”