원자핵의 두 에너지 상태 사이에서 일어나는 전이를 시간과 주파수의 기준으로 활용하는 차세대 정밀 시계 기술. 원자시계가 원자나 이온의 전자 에너지 상태 사이 전이를 기준으로 삼는 것과 달리 핵시계는 원자핵 내부의 전이를 측정. 특정 주파수의 빛에 원자핵이 공명하는 현상을 이용해 레이저 주파수를 안정화하고, 그 진동을 바탕으로 시간을 측정하는 원리. 대표 연구 물질인 토륨-229는 원자핵의 첫 들뜬상태와 바닥상태 사이 에너지 차이가 약 8.4전자볼트로 매우 작다는 특성이 있음. 통상적인 핵 에너지 전이가 높은 에너지의 감마선을 요구하는 데 비해 토륨-229의 이 전이는 파장 약 148나노미터의 진공자외선 레이저로 제어할 수 있는 드문 사례. 원자핵은 전자구름에 비해 크기가 작아 외부 전기장·자기장 등의 영향에 상대적으로 덜 민감할 가능성이 있지만, 실제 시계의 정확도와 안정성은 결정 환경, 온도, 레이저 및 측정 장치의 성능에도 좌우됨. 2003년 핵시계 구현 제안 이후 2016년 토륨-229 핵 이성질체의 직접 검출, 2023년 복사 붕괴 관측, 2024년 레이저 핵 전이 여기 실험 등이 이어짐. 2026년에는 오스트리아와 중국의 독립 연구진이 토륨-229를 도핑한 불화칼슘 결정과 연속파 진공자외선 레이저를 이용해 핵 전이에 주파수를 고정하는 작동형 시계를 발표. 원자핵의 공명 신호를 탐지하는 단계에서 주파수 기준으로 실제 피드백 제어하는 단계로 진전한 성과. 핵시계의 궁극적 목표는 고정밀 시간 표준, 위성항법·통신 동기화, 기본 물리상수의 시간적 변화 탐색과 암흑물질 후보 검증 등. 다만 2026년의 시제품이 가장 정밀한 광학 원자시계보다 우수한 성능을 이미 확보했다는 의미는 아니며, 방사성 토륨-229 물질의 확보·취급, 진공자외선 광원, 결정의 균일성 및 장기 안정성 검증 등이 후속 과제로 남아 있는 단계.