En rysk forskare från Skobelitsyn Research Institute of Nuclear Physics, MSU bevisade teoretiskt att övergångshastigheten för thorium-229 från mark till exciterat tillstånd kan hanteras beroende på yttre förhållanden. Övergångarnas frekvens kan ökas eller minskas med dussintals gånger. Denna effekt kommer att bidra till extremt exakta klockor som överstiger även de bästa atomklockorna. Artikeln publicerades i Fysiska granskningsbrev .
De mest exakta moderna klockorna är atomur där tid registreras på grundval av elektronövergången mellan energinivåer. Nyligen, forskare föreslog att byta från elektron till kärnkraftsövergångar som avsevärt kan öka klockornas precision på grund av högre frekvens. Dock, i de flesta fall, denna frekvens och motsvarande energi är för höga för att metoden ska kunna tillämpas. Huvudkandidaten som ska användas i sådana klockor är kärnan av thorium-229. Dess lågenergiövergångar är unika och leder till att ett UV-spektrum bildas. Arbetet med kärnor är komplicerat på grund av intern omvandling som gör att energin som frigörs under kärnkraftsövergången överförs till en av elektronerna och inte frigörs som en foton. Sannolikheten för att en elektron får energi istället för dess övergång till en foton i en thorium-229-atom är 1 miljard gånger högre. Dock, om atomen placeras i en kristall med ett stort bandgap, situationen förändras.
"Min idé är att i ett kristallelektroniskt hölje kan omorganiseras helt, tillåter oss att observera kärnstrålning utan omvandling, "sa författaren Evgeny Tkalya från RINP, MSU.
I sitt nya verk, han teoretiskt granskade övergångarna av en thorium-229-kärna i en kristall; hela systemet var täckt med en isolator, en tunn dielektrisk film, eller metall. Författaren drog slutsatsen att spontan emission kan kontrolleras om kärnan placeras i sådana material. Detta fenomen är välkänt för optiska elektronövergångar och kallas Purcell-effekten. Analys har visat att omslaget, beroende på dess storlek och egenskaper, kan ändra övergångshastigheten upp till 50 gånger. Denna process är särskilt intressant för klockor, eftersom utsläppslinjen också blir smalare, så att mekanismerna kan hålla tiden mer exakt.
"Detta kan öka precisionen med en storleksordning jämfört med thoriumbaserade klockor som inte tar hänsyn till denna effekt, "sade forskaren." Med hjälp av dessa ytterligare fysiska fenomen, vi kan uppnå relativ precision över 10 -20 . "
Huvudfrågan som hindrar utvecklingen av en kärnklockprototyp är bristen på kunskap om övergångsenergi. För närvarande, felaktigheten i mätningarna för detta värde är tiondelar av elektronvolt (eV), och att effektivt excitera kärnorna med extern strålning, felaktigheten bör reduceras till nivån för den spännande laserlinjebredden (cirka 10 -5 eV).
Forskaren delade också resultaten av experiment som utförts av en grupp forskare vid MEPhI som visar att strålningen kan kontrolleras och bevisar teoretiska bestämmelser i hans arbete.
