10,6 тыс подписчиков
Физики ЦЕРН впервые проследили за сверхредкой формой распадов атомов тория-229
Европейские физики, работающие в ЦЕРН в рамках коллаборации ISOLDE, впервые проследили за одной из самых редких вариаций ядерных распадов атомов тория-229, пока самого перспективного из кандидатов на роль "маятника" для сверхточных ядерных часов. Новые данные заметно приблизили ученых к созданию этих измерительных приборов, пишут специалисты ЦЕРН в статье в журнале Nature.
"Нам впервые удалось проследить за этими распадами и определить то, какой энергией обладает частица света, испускаемая при переходе атома тория-229 в другое состояние. Успешное завершение этих экспериментов позволило нам снизить погрешность замеров свойств данного варианта тория-229 в семь раз, что стало большим шагом вперед в разработке ядерных часов на основе этих атомов", - пишут исследователи.
Еще полвека назад физики обнаружили, что нестабильный изотоп тория, торий-229, существует в двух формах, одна из которых (229m) обладает очень низкой энергией возбуждения. Это одновременно делает крайне сложными наблюдения за его распадами, но при этом позволяет использовать торий-229m в качестве основы для сверхточных ядерных часов, максимально сильно защищенных от всех возможных помех.
Для подобного использования тория-229m, как пишет группа физиков под руководством научного сотрудника Католического университета Левена (Бельгия) Сандро Кремера, ученым необходимо очень точно измерить то, какой энергией возбуждения обладает этот атом. Лишь сейчас физикам удалось решить эту задачу в ходе экспериментов на "изотопной фабрике" ISOLDE.
Основа для сверхточных ядерных часов
Эта ускорительная установка была создана в 1964 году в ЦЕРН для производства и изучения свойств различных радиоактивных изотопов и элементов, не существующих в природе. Пользуясь способностью этого ускорителя "сортировать" производимые изотопы, европейские физики использовали ее для накопления больших количеств актиния-229, чьи распады приводят к образованию тория-229m.
Полученные подобным образом атомы актиния-229 Кремер и его коллеги встроили внутрь кристаллов из фторида кальция, что значительным образом упростило манипуляции с торием-229m и снизило погрешности при проведении наблюдений за частицами света, которые возникают при распаде данной формы тория-229. В результате этого ученым удалось примерно в семь раз снизить погрешность при замерах энергии возбуждения тория-229m (8,338 электронвольта), а также уточнить период его полураспада - 670 секунд.
Оба этих значения, как отмечают Кремер и его коллеги, помогут физикам подобрать такую длину волны и другие параметры ультрафиолетового лазерного луча, которые заставят атомы "обычного" тория-229 предсказуемым образом превращаться в торий-229m. Это позволит использовать их в качестве основы для сверхточных часов, в которых роль "маятника" играют ядра атомов, а не их электроны, как в обычных атомных часах.
По текущим оценкам физиков, последующие опыты на ISOLDE помогут им еще примерно в четыре раза уточнить значение энергии возбуждения, а также более точно измерить период полураспада атомов тория-229m. Это позволит ученым создать ядерные часы, которые можно будет применять для поисков темной материи и максимально точной проверки фундаментальных законов Вселенной, подытожили исследователи.
Фото: © REUTERS/Pierre Albouy
2 минуты
26 мая 2023