Атомное ядро ​​тория может стать ключом к более точным ядерным часам

Sep 15, 2023

Название: Атомное ядро ​​тория может стать ключом к более точным ядерным часам

Согласно отчету, опубликованному в журнале Nature от 25 мая, исследователи обнаружили, что определенный изотоп тория может стать основой первых ядерных часов. Ядро тория может обеспечить новый метод измерения времени, превосходящий по точности существующие атомные часы. Новое исследование, проведенное Сандро Кремером из Левенского университета в Бельгии и его командой, точно измерило энергию, выделяющуюся при распаде ядра тория, и открыло возможность создания ядерных часов.

Современные атомные часы основаны на колебаниях света, инициируемых электронами, окружающими атом. Атомные часы уже очень точны и используются в спутниках GPS и в экспериментах по проверке фундаментальных законов физики. Однако ядерные часы будут основаны на скачках энергии, совершаемых ядром атома, что, по мнению некоторых ученых, может быть даже более точным, чем атомные часы.

У большинства атомных ядер энергетические уровни слишком далеки друг от друга, чтобы ученые могли совершить скачок с помощью лазера, что необходимо для создания часов. Однако торий-229, изотоп этого элемента, имеет необычно близкие энергетические уровни. Исследователи не смогли инициировать скачок энергии с помощью лазера, поскольку энергетический зазор между уровнями не был точно известен.

Кремер и его коллеги измерили энергию, выделяющуюся при распаде ядер тория-229, сбрасывая энергию с более высокого энергетического состояния. Ученым пришлось перевести торий-229 в это высокоэнергетическое состояние, в изомер. Команда использовала радиоактивный луч на установке ISOLDE ЦЕРН, внедрив актиний-229 в кристаллы фторида кальция и фторида магния. Актиний-229 распался с образованием изомера тория-229. Внедрение тория-229 в кристаллы подавило трудноизмеримый распад, сделав однофотонный распад более очевидным.

По словам квантового физика Саймона Стеллмера из Боннского университета, это новое исследование станет важной вехой в создании первых ядерных часов. Сейчас физики работают над использованием лазера, чтобы сделать следующий шаг в этом направлении.

Ядерные часы могут открыть новый взгляд на физические явления, раскрывая тонкие изменения в фундаментальных константах природы. Более того, ядерные часы могут быть более стабильными и производить измерения быстрее, чем атомные часы. По словам Кремера, в отличие от атомных часов, которые требуют подвешивания атомов внутри вакуумной камеры, ядерные часы могут быть изготовлены с ядрами внутри твердого материала.