Уточнення частоти торію-229 наблизило створення ядерного годинника

Фізики вперше з надзвичайною точністю визначили частоту переходу між енергетичними рівнями в ядрі торію-229, наблизивши створення портативного надточного ядерного годинника.

У своїх дослідженнях вчені використали атомний годинник на основі стронцію-87 для стабілізації частотних вимірювань ядерного переходу торію-229. Ядерний годинник має потенціал для набагато більшої стійкості до зовнішніх впливів порівняно з атомним годинником, який чутливий до електромагнітних збурень. Результати експерименту дозволили уточнити частоту переходу з точністю, що перевищує попередні дані майже на шість порядків, досягаючи значення 2020407384335 кілогерц.

Дослідницька група, до якої входили вчені з Національного інституту стандартів і технологій (NIST) і університетів кількох країн, провела експеримент у спеціальній установці, де інфрачервону частотну гребінку стабілізували за допомогою атомного годинника, а потім перетворювали частоту на вакуумний ультрафіолет із довжиною хвилі 148,3 нанометра. Ця частота порушувала енергетичний перехід у ядрі торію-229, який був вмонтований у кристал фториду кальцію, охолоджений до температури -123°C.

Окрім уточнення частоти, вчені дослідили ядерну квадрупольну структуру, що виникає через взаємодію ядра торію з електростатичним полем кристалічної решітки. В спектрограмі також були виявлені два слабкі піки, природу яких ще належить з’ясувати.

Отримані результати мають потенціал для прискорення розробки компактного і надточного ядерного годинника, який може використовуватися для прецизійних вимірювань та фундаментальних досліджень. Окрім цього, дослідження можуть зацікавити матеріалознавців для подальшого вивчення квадрупольних розщеплень, пов’язаних із властивостями речовини.