Физики успешно возбудили атомы тория-229 с помощью лазера

Исследователи из Германии и Австрии достигли значительного прогресса в области ядерной физики, успешно возбудив атомы тория-229 с использованием лазерных технологий и последующей фиксацией параметров их низкоэнергетического изомерного перехода в базовое состояние. Эксперимент, результаты которого были представлены в журнале Physical Review Letters, показал, что период полураспада возбужденного состояния с энергией 8,4 электронвольта равен 1740 секунд.

Применение резонансного возбуждения квантовых систем через лазерное излучение является ключевым методом во множестве физических экспериментов, включая спектроскопию, создание атомных часов, и квантовую обработку информации. Торий-229 находится в центре внимания ученых благодаря своему редкому низкоэнергетическому изомерному состоянию. Энергетическая характеристика этого состояния, составляющая 8,4 электронвольта, определяет его место в спектральном диапазоне вакуумного ультрафиолета. Благодаря этому ядерный переход тория-229 поддается изучению с использованием настольных лазерных систем и высокоточной метрологии оптических частот. Эта уникальная особенность открывает перспективу использования тория-229 для создания чрезвычайно точных атомных часов. До настоящего времени возбудить этот низкоэнергетический переход при помощи лазера было сложной задачей, но свежие результаты подтверждают его реализуемость.

Команда физиков, возглавляемая Торстеном Шуммом из Атомного института Технического университета Вены и Эккехардом Пайком из Физико-технического федерального института в Брауншвейге, успешно завершила свой эксперимент. В ходе исследования ученые использовали настроенную лазерную систему для облучения кристаллов фторида кальция (CaF2), в которые был добавлен торий-229 (Th-229). Излучение лазера соответствовало длинам волн от 148,3 до 149,1 нанометра, что позволило достичь точной настройки на известные неопределенности в энергии перехода тория-229. Сигнал флюоресценции с кристаллов собирали при помощи специализированной оптической системы и регистрировали с использованием фотоэлектронного умножителя.

Эксперимент позволил фиксировать флюоресценцию в двух кристаллах, облученных при разных концентрациях тория-229. Контрольный образец, содержащий торий-232, а также образцы с торием-229, облученные при других длинах волн, флюоресценции не показали. Эти наблюдения подтверждают гипотезу о том, что был зарегистрирован именно искомый переход тория-229. В дополнение, ученые смогли определить, что период полураспада возбужденных состояний изомера в вакууме составляет около 1740 секунд.

Исследовательская группа уверена, что их работа будет способствовать созданию атомных часов нового поколения, которые будут обладать наивысшей степенью точности. Это открытие открывает значительные перспективы для прогресса в области точного времени и частоты.

]]>