Kontrolleret atomovergang for langt mere præcise ure

En russisk videnskabsmand fra Skobelitsyn Research Institute of Nuclear Physics, MSU teoretisk underbyggede, at overgangshastigheden for thorium-229 fra jord til ophidset tilstand kan styres afhængigt af ydre forhold. Overgangsfrekvensen kan øges eller reduceres med snesevis af gange. Denne effekt vil bidrage til ekstremt præcise ure, der overstiger selv de bedste atomure. Artiklen blev offentliggjort i Fysisk gennemgangsbreve .

De mest præcise moderne ure er atomure, hvor tiden registreres på grundlag af elektronovergangen mellem energiniveauer. For nylig, videnskabsmænd foreslog at skifte fra elektron- til nukleare overgange, der kan øge ures præcision betydeligt på grund af højere frekvens. Imidlertid, i de fleste tilfælde, denne frekvens og tilsvarende energi er for høje til, at metoden kan anvendes. Den vigtigste kandidat, der skal bruges i sådanne ure, er kernen i thorium-229. Dens lavenergiovergange er unikke og fører til udstrålingen af ​​en UV-spektrumfoton. Arbejdet med kerner er kompliceret på grund af intern omdannelse, der får den energi, der frigives i løbet af atomovergangen til at blive overført til en af ​​elektronerne og ikke frigivet som en foton. Sandsynligheden for, at en elektron får energi i stedet for dens overgang til en foton i et thorium-229-atom, er 1 milliard gange højere. Imidlertid, hvis atomet er placeret i en krystal med et bredt båndgab, situationen ændrer sig.

"Min idé er, at elektronisk kappe i en krystal kan omarrangeres fuldstændigt, tillader os at observere nuklear stråling uden konvertering, "sagde forfatteren Evgeny Tkalya fra RINP, MSU.

I sit nye værk, han teoretisk gennemgik overgangene af en thorium-229-kerne i en krystal; hele systemet var dækket med en isolator, en tynd dielektrisk film, eller metal. Forfatteren konkluderede, at spontan emission kan kontrolleres, hvis kernen placeres i sådanne materialer. Dette fænomen er kendt for optiske elektronovergange og kaldes Purcell-effekten. Analyse har vist, at coveret, afhængigt af dens størrelse og egenskaber, kan ændre overgangshastigheden op til 50 gange. Denne proces er specifikt interessant i ure, efterhånden som emissionslinjen også bliver smallere, giver mekanismerne mulighed for at holde tiden mere præcist.

"Dette kan øge præcisionen med en størrelsesorden i forhold til thoriumbaserede ure, der ikke tager denne effekt i betragtning, "sagde videnskabsmanden." Ved hjælp af disse yderligere fysiske fænomener, vi kan nå relativ præcision over 10 ^-20 . "

Det største problem, der hindrer udviklingen af ​​en prototype af atomur, er den manglende viden om overgangsenergi. I øjeblikket, unøjagtigheden af ​​målinger for denne værdi er tiendedele af elektron-volt (eV), og effektivt at ophidse kernerne med ekstern stråling, unøjagtigheden bør reduceres til niveauet for den spændende laserlinjebredde (ca. 10 ^-5 eV).

Forskeren delte også resultaterne af eksperimenter udført af en gruppe forskere ved MEPhI, der viste, at strålingen kan kontrolleres og beviser teoretiske bestemmelser i hans arbejde.