兩組物理學家團隊已成功打造出全球首批核時鐘。這些革命性的新裝置利用原子核的能量狀態波動來計時，而非目前用於定義一秒長度的原子鐘所使用的電子躍遷。
要從原子核中提取「滴答聲」並用於計時，已經花了二十多年的時間。核時鐘應該比現今最先進的時鐘更穩定且便攜，因為原子核不易受到干擾，並且被保護在晶體中。除了未來可能更精確之外，它們也為物理學家提供了一種前所未有的方式來探測原子核內部的作用力。
在歐洲 1 和中國 2 的團隊分別於 6 月 3 日和 7 日在預印本伺服器 arXiv 上發布的兩項研究中，展示了兩個核時鐘。以色列雷霍沃特魏茲曼科學研究所的理論物理學家 Gilad Perez 表示，它們證明了核時鐘已從一個「有潛力」的系統轉變為「一個可運作的精密儀器」，可用於搜尋新物理學。
維也納技術大學的原子物理學家、歐洲團隊的領導成員 Thorsten Schumm 表示，創造一個核時鐘是「夢想成真」。他說，直到最近，這個領域還是一個「平靜的利基市場」。「現在我們面臨著一場激烈但友好的全球競爭。」
所有時鐘都需要穩定的振盪——就像擺動中的鐘擺一樣——來計時。在最先進的原子鐘中，這種振盪是由可見光波長觸發電子在能階之間躍遷產生的。物理學家確定觸發這種電子態轉變所需的特定雷射光頻率，然後利用該頻率來計時。
核時鐘則不同。它不是引起電子在能階之間躍遷，而是透過將釷-229 原子核內的質子和中子提升到更高的能量狀態來計時。大多數元素需要巨大的能量才能重組其原子核，但釷很不尋常，因為它具有非常接近的穩定能階，僅需紫外線雷射光的輕微推動即可引發轉變。
物理學家們數十年來一直懷疑釷的特殊性質，直到 2024 年，他們終於成功觸發了含有數兆個釷-229 原子的毫米級螢石晶體中的核轉變。同年晚些時候，另一團隊精確確定了發生轉變的頻率。
要讓核時鐘工作，唯一缺少的是一種方法，能夠將雷射頻率鎖定在天然計時器上，並防止時鐘的滴答速度隨時間漂移。兩個團隊都透過監測釷-229 原子吸收雷射光的量來實現這一點。Schumm 表示，當雷射處於正確範圍內時，由於光子被吸收，訊號強度會下降。但如果頻率漂移，「你會再次看到訊號出現，並能立即進行校正」。
兩組團隊的方法略有不同：由北京清華大學物理學家丁世謙領導的中國團隊使用了比歐洲團隊強約 100 倍的雷射，但他們的晶體中釷-229 原子的濃度較低，因此兩個時鐘產生的訊號總體上是相當的。
兩個團隊的時鐘都穩定運行，在一天的時間裡，其漂移量相當於 300 萬年中的 1 秒（儘管目前這仍低於最先進光學原子鐘的穩定性，後者每 400 億年會增減一秒）。
