一个超越原子钟的核时钟概念：钪-45核跃迁

时钟是我们日常生活、科学和技术中不可或缺的工具。它们依赖于具有稳定频率的参考振荡器。我们目前最精确的时间测量设备原子钟，使用原子中电子态之间的共振跃迁作为参考振荡器。这些跃迁是由与原子频率完全匹配的光子驱动的。

近年来，一种新的核时钟的概念引起了广泛的关注。核时钟不是通过原子电子跃迁来测量时间的流逝，而是使用核态之间的高精度振荡。核振荡器天然地比原子振荡器更稳定，更能抵抗外界干扰。目前，最有前途的核时钟候选者是钍-229中两个态之间的振荡，它们具有非常低的跃迁能量，在紫外范围内。

随着过去十年左右先进的X射线自由电子激光（XFEL）的出现，其他核时钟振荡器也可以通过直接光子激发来实现。最有希望的一个是钪-45中极窄带宽、12.4千电子伏的跃迁，它具有0.47秒的长寿命。然而，钪-45的X射线共振激发还没有实现。

要实现X射线共振激发，需要克服两个主要的挑战：一是X射线源和核能级之间的频率匹配，二是探测器噪声的抑制。

钪-45中12.4 keV核时钟跃迁比现代X射线源的频率分布窄至少十五个数量级。这意味着只有极少数入射X射线可以共振地激发核；占主导地位的非共振X射线只会产生巨大的探测器噪声。因此，高X射线谱通量和低噪声对于成功检测激发至关重要。