Новое измерение ядра тория-229 приближает к созданию ядерных часов

Группа исследователей из Германии и Австрии провела новое измерение ядра изотопа тория-229, приблизившись на шаг к созданию ядерных часов. В своей статье, опубликованной в журнале Physical Review Letters, ученые описывают, как они измерили изотоп и полученные результаты.

За последние несколько сотен лет ученые разрабатывали все более точные часы. Переходя от кварцевых движений к колебанию электронов в атомной оболочке, ученые продвинули систему хронометража до такой степени, что некоторые атомные часы имеют точность определения до 10¹⁸ — достаточно, чтобы не потерять ни одной секунды за время существования Вселенной на сегодняшний день.

Но все же ученым нужны еще более точные часы: часы, основанные на колебаниях ядер атома или, в данном случае, изотопа.

Ранее исследователи пытались создать такие часы, но потерпели неудачу по разным причинам, в основном связанных с задействованными высокими энергиями перехода. Большая часть таких работ была сосредоточена на тории-229, потому что его возбужденное состояние является самым низким из известных для всех атомных ядер.

До сих пор было предпринято несколько попыток определить точную длину волны ультрафиолетового света, которая может быть использована для возбуждения тория-229, что позволит выявить тип лазера, который можно использовать для создания ядерных часов.

Каждый из них дал несколько разные результаты, но ученые все ближе подходят к ответу. В новом усилии исследователи подошли ближе всех, открыв возможность новой эры хронометража.

Работа заключалась в измерении излучения, испускаемого образцом урана-333 при его распаде на несколько типов изотопов, одним из которых был торий-229, — метод, который был опробован и раньше.

Но на этот раз ученые использовала более точный метод, который привел к более точной оценке длины волны ультрафиолетового света, необходимой для измерения колебаний ядра изотопа.

Они измерили энергию перехода на уровне 8,1 электронвольт, что означало бы, что ультрафиолетовый лазер с длиной волны 153,1 нанометра может быть использован для создания пока недостижимых ядерных часов.

Команда исследователей планирует провести несколько измерений с использованием одного и того же метода, чтобы уменьшить неопределенность и, возможно, достичь точных измерений, необходимых для создания наиболее точных часов, которые только можно представить.

Tomas Sikorsky et al. Measurement of the Th229 Isomer Energy with a Magnetic Microcalorimeter, Physical Review Letters (2020). DOI: 10.1103/PhysRevLett.125.142503