Вехи на пути к ядерному часы

Если вы хотите создать самые точные часы в мире, нужно что-то, что «клещи» очень быстро и чрезвычайно точно. В атомных часах, электроны используются, который может переключаться назад и вперед между двумя различными государствами в очень точно определенным образом. Еще точнее, впрочем, будет ядерная часы, которые не использует состояний электронов, но и внутренних состояний атомного ядра.

На протяжении десятилетий люди ищут подходящий атомных ядер для этой цели, и долгое время это было предположить, что конкретный изотоп тория должна иметь ядерное государство, которое подходило бы для создания нового поколения высокоточных часов. Этой долгожданной основной государственный тория была продемонстрирована экспериментально в первый раз, дважды, два разных международных исследовательских групп. Ту Вена сыграли важную роль в обоих экспериментах. Результаты двух экспериментов были опубликованы одновременно в журнале Nature.

Двух соседних энергетических уровней

«В атомной физике мы обычно имеем дело с очень высокой энергии», — говорит профессор Торстен Schumm с Ту Вена. «Энергий электронов, вращающихся вокруг атомного ядра, как правило, значительно ниже, поэтому он сравнительно легко манипулировать этими электронов с лазерным лучом. Обычно это не возможно с атомных ядер».

Тория ядер изотопа 229, однако, представляют собой поразительное исключение: «чуть выше основного состояния-состояние с наименьшей возможной энергией. там, на удивление, еще одно ядерное государство, которое мы называем изомер», — говорит Торстен Schumm. Разница между этими двумя ядерными государствами-основного состояния и изомер-это на много порядков меньше, чем разница между уровнями энергии атомных ядер в другие. Это сопоставимо с энергиями электронов. Тория-229 в настоящее время является единственным ядра с такой низкоэнергетических изомеров государства.

Переход между двумя ториевых ядерных государств является прекрасной основой для создания романа точности часы. Ядерные державы может быть измерена даже более точно, чем электронов оболочки, используемые в современных атомных часов. Также, атомного ядра гораздо лучше защищена от возмущений, например, от внешних электромагнитных полей. До сих пор большой проблемой было то, что точная энергетическая ценность необычного тория государства изомер был неизвестен.

Сложный метод измерения

Потому что поиск для этого основным условием является сложным и трудоемким, несколько команд объединили свои усилия: исследовательские группы из Австрии и Германии (университет Людвига-Максимилиана Мюнхен, Гейдельберг пил, и ту Вена) разработал метод для того чтобы обнаружить необходимый изомер состояние: когда радиоактивный уран 233 ядра распадаются, электрически заряженные ионы тория образуются — около 2% из них попадают в нужные возбужденного изомерного состояния. Для того, чтобы электрически снова нейтрализации этих ионов тория, они руководствуются через тонкий слой графена, из которого ионы тория захватить недостающие электроны. Нейтральные атомы тория затем может спонтанно меняться от возбужденного ядерного состояния в основное состояние. Это высвобождает энергии: электрон швырнул подальше. Энергия этого электрона измеряется … и если все детали сложного эксперимента может быть точно контролируется и просчитывается, Энергия ядра тория государства может быть выведено. Торстен Schumm и Симон Stellmer помогли разработать эксперимент, Флориан Libisch и Кристоф Lemell проведено компьютерное моделирование, необходимых для количественной оценки изомера энергии.

В то же время, совершенно другой эксперимент был проведен в Японии, и Торстен Schumm в техническом университете Вены была слишком активное участие в этой работе. Там был синхротрона, который производит чрезвычайно интенсивные рентгеновские лучи. Если ториевой ядра облучают с этими лучами, они могут быть перенесены на второй возбужденной ядерной состояния с энергией более 1000 раз выше, чем государственные изомер. Из этого состояния ядер тория после распада преимущественно в нужные изомерное состояние, вблизи основного состояния — атомы активно «закачивается» в состояние изомеров и могут быть измерены есть.

Многочисленные возможности применения

«Это чрезвычайно важный шаг для нас: мы не только знаем, что в возбужденном состоянии существует на самом деле чуть выше основного состояния, мы также знаем, что его энергии достаточно хорошо», — говорит Торстен Schumm. В дальнейшем измерений, государство будет измеряться еще более точно. Затем можно использовать ее для построения компактных, высокоточных атомных атомных часов. Такие часы бы открыть совершенно новые возможности для проведения научных исследований: они могут быть отличным инструментом для фундаментальных исследований, например для изучения темной материи или измерить ли наши природные константы на самом деле именно постоянный. В дополнение к этому, атомного ядра, часы бы сделать много других измерений более точными, что может быть лишь косвенно связанные с измерением времени. Они включают в себя измерение крошечные неровности в гравитационном поле Земли или более точное позиционирование объектов с использованием спутниковой навигации.