Обнаружен способ создать ядерные часы

Новые исследования в области физики показали, что лазерное излучение может быть использовано для эффективного возбуждения ядер водородоподобного изотопа тория-229. Это открытие, сделанное учеными Китайской академии инженерной физики в Пекине, имеет большой потенциал для создания ядерных часов, которые могут быть более точными, чем атомные.

Ядра атомов представляют собой центральную часть атома, требующую значительно большей энергии для возбуждения, чем их электронные оболочки. В данном эксперименте использовался высокоионный торий-229, у которого остался всего один электрон, что делает его ядро более подходящим для взаимодействия с лазерным излучением.

Опубликованные результаты исследования в журнале Physical Review Letters открывают новые перспективы в области разработки ядерных часов. Это открытие может привести к созданию более точных и стабильных устройств для измерения времени, что имеет важное значение во многих областях науки и техники.

Исследование, проведенное командой, использовало мощные лазеры с интенсивностью порядка 10 в 21-й степени ватт на квадратный сантиметр. Этот метод позволил добиться того, что около 10 процентов ядер тория-229 могли быть возбуждены за счет одного лазерного импульса. Такой подход открыл новые возможности для исследования метастабильных состояний ядер.

При переходе в состояние с более низкой энергией возбужденные ядра тория излучают свет с несколькими гармоническими частотами, что может создать когерентное излучение, подобное лазеру. Это открытие имеет потенциал для разработки новых методов генерации когерентного излучения и применения его в различных областях науки и техники.

Интересно, что данный процесс позволяет возбуждать изомерное состояние ядра, которое ранее считалось недостижимым. Таким образом, исследование открывает новые перспективы для изучения ядерной физики и создания более эффективных методов возбуждения атомных ядер.

Электронный дипольный момент играет ключевую роль в ускорении процесса излучения у ядра тория-229. Это взаимодействие магнитного поля электрона с ядром тория существенно сокращает время перехода между состояниями. Таким образом, возможно сократить время жизни верхних состояний ядра с тысячи секунд до всего 0,01 секунды.

Магнитный дипольный момент электрона, превосходящий дипольные моменты ядерных состояний в тысячу раз, вызывает значительное расщепление ядерных уровней энергии. Это расщепление способствует более эффективному возбуждению ядра и существенно ускоряет процесс излучения.

Изучение этого механизма имеет важное значение не только для фундаментальной науки, но и для практических приложений, таких как создание более точных и стабильных ядерных часов. Возможность существенно сократить время перехода между состояниями ядра открывает новые перспективы в области точного измерения времени и навигации.

Исследователи выделяют важность своей работы, подчеркивая, что она открывает новые перспективы для изучения взаимодействия света с атомными ядрами. Эти открытия могут стать основой для разработки более точных научных инструментов, включая ядерные часы, что позволит значительно улучшить точность измерений в различных областях науки.

Благодаря новым методам исследования, ученые смогли получить уникальные данные о взаимодействии света и атомных ядер, что открывает возможности для создания более точных моделей поведения атомов на микроуровне. Эти результаты могут стать отправной точкой для разработки новых технологий и углубленного понимания физических процессов.

В долгосрочной перспективе, использование новых знаний о взаимодействии света с атомами может привести к революционным изменениям в различных областях науки и технологий, от фундаментальных исследований до практических применений в повседневной жизни.