В революционном успехе исследователи впервые в истории использовали лазерный свет для повышения ядра атома тория до более высокого энергетического состояния. Это научное достижение открывает путь к новому поколению атомных часов, которые обещают беспрецедентную точность, позволяя нам исследовать самые фундаментальные силы вселенной.
Атомные часы, самые точные известные устройства для измерения времени, работают по fascinирующему принципу квантовой физики. Они используют атомы для измерения времени с экстремальной точностью, подобно миниатюрной солнечной системе, где электроны вращаются вокруг ядра. Когда электрон поглощает энергию от точно настроенного лазера, он может 'прыгнуть' на более высокий уровень энергии, испуская фотон при возвращении в свое исходное состояние. Эта частота излучения невероятно стабильна, обеспечивая надежную меру времени.
Однако традиционные атомные часы имеют ограничения. Электроны, на которых они полагаются, подвержены внешним помехам, таким как магнитные поля, которые могут незначительно изменять их уровни энергии и нарушать измерение времени. Здесь на помощь приходят ядерные часы, которые будут использовать энергетические переходы внутри самого ядра, защищая его от таких помех.
Исторически сложилось так, что проблема заключалась в том, что энергетические разрывы между ядерными уровнями значительно больше, чем у электронов, что затрудняет использование лазеров для этих переходов. В 1970-х годах ученые идентифицировали определенный изотоп тория, торий-229, который, казалось, находился в диапазоне, который лазерный свет мог бы стимулировать. Однако определение точной разницы энергии было важной проблемой.
После десятилетий исследований ученые наконец успешно наблюдали, как торий-229 совершает этот энергетический переход, демонстрируя точное изменение энергии в 8,35574 электрон-вольт. Это было достигнуто с помощью сложных методов захвата атомов тория в кристаллах фторида кальция, создавая идеальные условия для наблюдения.
Этот прогресс представляет собой шаг вперед в нашей способности исследовать тайны вселенной с беспрецедентной точностью. Овладение переходами энергии тория-229 приближает нас к эпохе, когда ядерные часы смогут не только измерять время, но и пролить свет на фундаментальные вопросы о темной энергии и темной материи.
Опубликованная в журнале Physical Review Letters, это исследование отмечает значительный этап в поиске точности в измерении времени и нашем понимании космоса.