Een Russische wetenschapper van het Skobelitsyn Research Institute of Nuclear Physics, MSU heeft theoretisch onderbouwd dat de overgangssnelheid van thorium-229 van grond naar aangeslagen toestand kan worden beheerd, afhankelijk van externe omstandigheden. De frequentie van de overgangen kan tientallen keren worden verhoogd of verlaagd. Dit effect zal bijdragen aan extreem nauwkeurige klokken die zelfs de beste atoomklokken overtreffen. Het artikel is gepubliceerd in Fysieke beoordelingsbrieven .

De meest nauwkeurige moderne klokken zijn atoomklokken waarin de tijd wordt geregistreerd op basis van de elektronenovergang tussen energieniveaus. Onlangs, wetenschappers stelden voor om over te schakelen van elektronen- naar nucleaire overgangen die de precisie van klokken aanzienlijk kunnen verhogen vanwege de hogere frequentie. Echter, in de meeste gevallen, deze frequentie en bijbehorende energie zijn te hoog voor de toe te passen methode. De belangrijkste kandidaat die in dergelijke klokken kan worden gebruikt, is de kern van thorium-229. De overgangen met lage energie zijn uniek en leiden tot de emanatie van een UV-spectrumfoton. Het werk met kernen is ingewikkeld vanwege interne conversie die ervoor zorgt dat de energie die vrijkomt tijdens de nucleaire transitie wordt overgedragen naar een van de elektronen en niet als een foton. De kans dat een elektron energie wint in plaats van de overgang naar een foton in een thorium-229-atoom is 1 miljard keer groter. Echter, als het atoom in een kristal met een brede bandafstand wordt geplaatst, de situatie verandert.

"Mijn idee is dat in een kristallen elektronische huls volledig kan worden herschikt, waardoor we nucleaire straling kunnen observeren zonder conversie, " zei auteur Evgeny Tkalya van RINP, MSU.

In zijn nieuwe werk hij beoordeelde theoretisch de overgangen van een thorium-229-kern in een kristal; het hele systeem was bedekt met een isolator, een dunne diëlektrische film, of metaal. De auteur concludeerde dat spontane emissie kan worden gecontroleerd als de kern in dergelijke materialen wordt geplaatst. Dit fenomeen staat bekend om optische elektronenovergangen en wordt het Purcell-effect genoemd. Analyse heeft uitgewezen dat de omslag, afhankelijk van de grootte en eigenschappen, kan de overgangssnelheid tot 50 keer wijzigen. Dit proces is vooral interessant in klokken, naarmate de emissielijn ook smaller wordt, waardoor de mechanismen de tijd nauwkeuriger kunnen bijhouden.

"Dit kan de precisie met een orde van grootte vergroten in vergelijking met op thorium gebaseerde klokken die geen rekening houden met dit effect, "zei de wetenschapper. "Met behulp van deze aanvullende fysieke verschijnselen, we kunnen een relatieve precisie van meer dan 10 . bereiken ^-20 ."

Het belangrijkste probleem dat de ontwikkeling van een prototype van een nucleaire klok belemmert, is het gebrek aan kennis over transitie-energie. Momenteel, de onnauwkeurigheid van metingen voor deze waarde is tienden van elektronvolt (eV), en om de kernen efficiënt te prikkelen met externe straling, de onnauwkeurigheid moet worden teruggebracht tot het niveau van de opwindende laserlijnbreedte (ongeveer 10 ^-5 ev).

De wetenschapper deelde ook de resultaten van experimenten die zijn uitgevoerd door een groep onderzoekers van MEPhI, waaruit blijkt dat de straling kan worden gecontroleerd en de theoretische bepalingen van zijn werk worden bewezen.