Лазерне поглинання торію-229 відкрило шлях до створення ядерного годинника

Вчені вперше збудили ядра торію-229 за допомогою безперервного вузькосмугового лазера та зафіксували цей процес через поглинання світла. Такий підхід може зробити майбутні ядерні годинники швидшими, точнішими та стабільнішими, повідомляє Nature.

Що таке ядерний годинник

Ядерний годинник — це потенційно дуже точний пристрій, який використовує не коливання атомів, як сучасні оптичні годинники, а зміни стану атомного ядра. Для таких досліджень особливо цікавим є торій-229: його ядро має дуже низькоенергетичний перехід приблизно на рівні 8,4 електронвольта.

Підписуйтеся на наші соцмережі

Щоб перевести ядро торію в інший стан, потрібне ультрафіолетове лазерне світло з довжиною хвилі близько 148 нанометрів. Раніше для цього використовували переважно імпульсні лазери. Проблема полягала в тому, що лише невелика частина їхнього світла потрапляла точно в дуже вузький діапазон, потрібний для збудження ядер торію.

Що змінили в новому експерименті

Дослідники використали безперервний лазер із дуже вузькою шириною спектральної лінії. Його світло перетворювали до необхідної довжини хвилі 148 нм за допомогою спеціальної системи на основі кристала тетраборату стронцію.

Головна перевага такого лазера полягає в тому, що значно більша частина фотонів може взаємодіяти саме з ядрами торію. Лазер працював із потужністю менш як 1 нанова́т.

Крім того, вчені змінили сам спосіб фіксації ядерного переходу. Раніше дослідники спостерігали за флуоресценцією — світлом, яке випромінюють збуджені ядра. У кристалах цей процес може тривати близько 600 секунд, тому отримання сигналу займає багато часу.

Тепер дослідники визначали перехід за поглинанням лазерного світла. Це важливо для майбутнього годинника, адже йому не потрібно чекати сотні секунд, поки збуджені ядра повернуться у початковий стан. 

Поки що йдеться не про готовий ядерний годинник, а про вдосконалення технології, необхідної для його створення. Наступним завданням для вчених буде детальніше дослідити властивості різних центрів торію в кристалі та зрозуміти, як на ядерний перехід впливають: