Технологии
От атомных часов к ядерным

Измерение времени с помощью колебаний атомных ядер может существенно повысить точность атомных часов. Физики мюнхенского университета Людвига-Максимилиана только что сделали важный шаг на пути к этой цели, сообщает новостной интернет-ресурс ScienceDaily.

Атомные часы — самые точные хранители времени. Рекорд точности принадлежит часам, которые ошибаются на одну секунду за 20 млрд лет. Исследователи мюнхенского университета Людвига-Максимилиана Петер Тирольф, Ларс фон дер Венсе и Бенедикт Зайферле экспериментально определили возбужденное состояние изотопа тория с достаточно большим временем жизни, то есть ядерный изомер. Это повысит достигнутый уровень точности часов вдесятеро.
 
Секунда, наша основная единица измерения времени, связана с периодом колебаний электронов в атомной оболочке элемента цезия (Cs). Лучшие на сегодня атомные часы обладают относительной точностью 2 × ­10-18. По мнению П. Тирольфа, «еще более высоких уровней точности можно достичь с помощью атомных часов на основе колебаний самого ядра, а не окружающих его электронных оболочек. Кроме того, ядро атома в 100 тыс. раз меньше самого атома, поэтому такие часы будут куда менее восприимчивы к воздействиям извне».
 
Однако из более чем 3,3 тыс. типов атомных ядер лишь одно представляет собой потенциальную основу для ядерных часов. Это ядро изотопа тория с атомной массой 229 (229mTh), который, однако, не встречается в природе. На протяжении более 40 лет физики подозревали этот изотоп в том, что его ядро может существовать в возбужденном состоянии, энергия которого лишь незначительно выше энергии его стандартного состояния.
 
Энергия состояния возбуждения ядерного изомера 229mTh ниже энергии любого известного возбужденного атомного ядра. К тому же 229mTh обладает довольно длительным периодом полураспада — от нескольких минут до нескольких часов. А значит, можно с очень высокой точностью измерить частоту излучения, которое оно испускает при возврате в стандартное состояние.
 
Все бы хорошо, но обнаружить 229mTh никак не удавалось, все доказательства его существования были косвенными. Неуловимый ядерный переход тория обнаружили в ходе сложного эксперимента с 233U, при альфа-распаде которого «нашлось» искомое вещество. Понадобился еще один эксперимент, чтобы выделить изомер в виде ионного пучка.
 
«С помощью детектора из микроканальной пластины мы сумели четко и однозначно измерить распад возбужденного изомера до стандартного состояния 229mTh, — рассказывает П. Тирольф. — Это решающий шаг на пути к созданию ядерных часов».
 
Оказалось, что для ядра 229mTh изомерная энергия ограничена интервалом 6,3–18,3 электронвольт, а период полураспада больше 60 секунд. Уточнение этих цифр, возможно, откроет путь к разработке стандарта ядерной частоты.
 
Эксперименты проводились в рамках европейской программы исследований nuClock; теперь, когда есть первый результат, усилия будут удвоены. Следующий шаг — детально проанализировать свойства ядерного перехода: уточнить период его полураспада и разность энергий двух состояний. Эти данные позволят физикам-лазерщикам приступить к работе над лазером, настроенным на частоту перехода, — таково необходимое условие оптического перехода.
 
Татьяна ДАНИЛОВА
23.05.2016

Комментарии 0

Войдите или  зарегистрируйтесь, чтобы отправлять комментарии
Аналитика