Forskare från Ludwig-Maximilians-Universitaet (LMU) München har, för första gången, mätte livslängden för ett exciterat tillstånd i kärnan av ett instabilt element. Detta är ett stort steg mot en kärnklocka som skulle kunna hålla ännu bättre tid än dagens bästa atomtidsmätare.

Atomklockor är de mest exakta kronometrar vi har nu. Dessa tidtagare är baserade på exakt kunskap om frekvensen av specifika övergångar mellan definierade energinivåer i elektronskalen hos vissa atomer. Teoretiska studier tyder på att kärnklockor som använder sig av analoga förändringar i atomkärnors energitillstånd skulle kunna tillhandahålla ännu mer exakta frekvensstandarder för tidtagningsändamål. Forskarlag runt om i världen undersöker nu sätt att omvandla denna teoretiska möjlighet till en praktisk verklighet.

Tidigt förra sommaren, fysiker Dr Peter Thirolf, Lars von der Wense och Benedict Seiferle vid LMU:s ordförande för medicinsk fysik, i samarbete med kollegor i Mainz och Darmstadt, uppnådde ett anmärkningsvärt genombrott i strävan efter att utveckla en fungerande kärnklocka. I en artikel publicerad i tidningen Natur , de rapporterade den första experimentella upptäckten av en specifik energiövergång i kärnan av en viss isotop av grundämnet torium (Th) som hade förutspåtts för decennier sedan. Kärnan i denna instabila isotop, som har en atomvikt på 229, är den enda kärnan som är känd för att ha de egenskaper som krävs för utvecklingen av en praktisk kärnklocka.

Med ekonomiskt stöd från det EU-finansierade projektet nuClock, Thirolf, von der Wense och Seiferle har fortsatt att karakterisera energiövergången i 229:e kärnan, och har nu lyckats mäta livslängden för det exciterade kärnvapentillståndet. Deras resultat visas i tidskriften Fysiska granskningsbrev .

"Detta representerar det direkt experimentellt bestämda värdet för halveringstiden för isotopens exciterade tillstånd ²²⁹ Th, " säger Benedict Seiferle. LMU-teamet planerar nu att mäta energin i själva övergången. Med dessa data i hand, det bör i framtiden vara möjligt att optiskt inducera övergången på ett kontrollerat sätt med hjälp av en lämpligt utformad laser.