Физики измерили низкоэнергетический ядерный переход тория-229
Для этого они возбуждали его при помощи лазера
Физики из Германии и Австрии смогли возбудить атомы тория-229 (Th-229) при помощи лазера и измерить характеристики низкоэнергетического перехода возбужденных изомеров в основное состояние. Период полураспада возбужденных атомов с энергией 8,4 электронвольта составил 1740 секунд. Статья опубликована в журнале Physical Review Letters.
Эта новость появилась на N + 1 при поддержке ежегодной Национальной премии в области будущих технологий «Вызов». В 2023 году ее присудили за ионный квантовый процессор, магниты из высокотемпературного сверхпроводника, вычислительные устройства на основе поляритонов и оптический транзистор, а также открытия, позволившие создать новые подходы для лечения заболеваний мозга
Резонансное возбуждение элементарных квантовых систем лазерным излучением лежит в основе многих экспериментов в физике, таких как спектроскопия атомов и молекул, атомные часы или квантовая обработка информации. Ядро тория-229 известно своим уникальным низкоэнергетическим изомерным состоянием с энергией 8,4 электронвольта. Из-за этой энергии спектральный диапазон перехода в основное состояние оказывается в области вакуумного ультрафиолета, что делает его доступным для экспериментов с настольными лазерными системами и средствами прецизионной метрологии оптических частот. Физики полагают, что благодаря этим свойствам торий-229 можно использовать для создания атомных часов беспрецедентной точности. Однако возбудить лазером низкоэнергетический переход тория-229 до сих пор не получалось.
Это удалось наконец сделать группе физиков под руководством Торстена Шумма (Thorsten Schumm) и Эккехарда Пайка (Ekkehard Peik) из Атомного института Технического университета Вены и Физико-технического федерального института в Брауншвейге. Для этого ученые облучали при помощи настраиваемой лазерной системы кристаллы фторида кальция (CaF2), допированные торием-229 (Th-229). Диапазон длины волны фотонов, испущенных лазером, был 148,3–149,1 нанометра, что соответствует неопределенности, с которой известна энергия перехода тория-229. Флюоресценция кристалла собиралась при помощи оптической системы и регистрировалась при помощи фотоэлектронного умножителя.
В результате физикам удалось зарегистрировать флюоресценцию у двух облученных кристаллов, допированных разной концентрацией тория-229. При этом контрольный образец, допированный торием-232, не флюоресцировал, а также не наблюдалось флюоресценции тория-229, облученного на других длинах волн. По словам ученых, это подтверждает предположение, что им удалось зарегистрировать искомый переход тория-229. Кроме того, физики измерили период полураспада возбужденных состояний, который составил примерно 1740 секунд для изомера в вакууме.
Ученые считают, что это исследование позволит в дальнейшем создать атомные часы с самой высокой точностью.
Кстати, точность атомных часов можно повысить, например, при помощи квантового запутывания.
Алгоритм спектральной кластеризации определил направление спина на 50 процентов точнее, чем классический метод
Физики предложили способ маркировки парных гравитационных объектов с помощью контролируемого машинного обучения. Алгоритм спектральной кластеризации повысил точность на 50 процентов для определения спина и на 10 процентов для скорости вращения одного из компонентов. Результаты исследования опубликованы в Physical Review Letters.