Ядерные часы: лазер открыл новые возможности для точности

В значимом прорыве в области ядерной физики, ученые Китайской академии инженерной физики в Пекине раскрыли потенциал лазерного излучения для возбуждения ядер тория-229. Исследование, опубликованное в журнале Physical Review Letters, демонстрирует, как высокоэнергетические лазеры могут воздействовать на ядра водородоподобного изотопа тория, который сохранил всего один электрон. Это открытие может кардинально изменить подход к созданию более точных ядерных часов.

Традиционно, для возбуждения ядер атомов требуется использование значительных энергий, намного больших, чем необходимо для возбуждения электронов. В своем эксперименте ученые использовали торий-229 в состоянии с низкой электронной оболочкой, что делает ядра более доступными для взаимодействия с лазерными лучами. Это позволило команде китайских исследователей достичь уровня возбуждения ядер, ранее казавшегося недостижимым.

Для своих экспериментов ученые применили лазеры с впечатляющей интенсивностью порядка 10 в 21-й степени ватт на квадратный сантиметр. Способность приблизительно 10% ядер тория-229 перейти в изомерное, или метастабильное состояние за счет единственного лазерного импульса демонстрирует потенциал использования этого метода в практических приложениях. Значительное ускорение времени жизни возбужденных состояний, с 1000 секунд до 0,01 секунды, открывает новые возможности для использования тория-229 в форме ядра ядерных часов.

Важную роль в этом процессе играет оставшийся электрон, который, взаимодействуя с магнитным полем, вызывает сильное расщепление ядерных уровней энергии.

«Наши результаты прокладывают путь к более интенсивному изучению взаимодействия света с атомными ядрами и могут стать основой для будущих технологий, таких как сверхточные ядерные часы», — отмечают авторы исследования, подчеркивая перспективы расширения горизонтов применения таких технологий в науке и технике.