Хаос. Нелинейная динамика

Исследователи из Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе, Йельского университета и Лос-Аламосской национальной лаборатории  представили новый вариант стандарта частоты, работающего на ядерном переходе тория-229. Полная версия отчета опубликована в журнале Рhysical Review Letters; препринт статьи можно скачать с сайта arXiv (0905.2230v2).

Advanced Light Source в Национальной лаборатории им. Лоуренса в Беркли (фото Эрика Хадсона)." > Кристалл с примесью тория под пучком Advanced Light Source в Национальной лаборатории им. Лоуренса в Беркли (фото Эрика Хадсона).

Точность атомных часов определяется, напомним, естественной шириной перехода, по которому ведется отсчет, частотой, соответствующей этому переходу, и тем, насколько низким удается сделать воздействие возмущающих внешних факторов. Наиболее точными считаются так называемые оптические стандарты частоты и времени, работающие на переходах с частотами в петагерцевом (1015) диапазоне. В случае обычных цезиевых часов частота составляет "всего" 9,2 ГГц.

Изотоп тория 229Th имеет изомерный уровень, лежащий чрезвычайно близко к основному состоянию, всего в (7,6 ╠ 0,5) эВ от него. Столь низкая энергия соответствует малой длине волны, попадающей в область вакуумного ультрафиолета, и очень большой частоте.

Часы на ядерном переходе будут заметно отличаться от привычных атомных, в рабочей области которых находится разреженный газ: торий планируется разместить в объеме твердого вещества. "Поскольку ядерные переходы проявляют меньшую зависимость от внешних влияний, чем атомные, мы рассчитываем создать стандарт частоты с использованием примесных атомов 229Th в высококачественном кристалле, - рассказывает один из авторов проекта Эрик Хадсон (Eric Hudson). - Сложные и дорогие установки, занимающие целую комнату, будут заменены одним кристаллом, работающим, возможно, при комнатной температуре". Предел точности в этом случае, добавляет г-н Хадсон, будут задавать взаимодействия с электронами, определяемые изменениями температуры кристалла. "К сожалению, даже самые детальные расчеты не позволяют точно оценить значимость этого эффекта, - говорит ученый. - Можно только построить действующую модель и провести эксперимент".

Исследователи, впрочем, уверены в том, что часы в любом случае не уступят по точности современным атомным.

Стоит заметить, что частоты ядерных переходов также обладают высокой чувствительностью к изменениям некоторых физических констант - к примеру, постоянной тонкой структуры. "Они примерно на шесть порядков более чувствительны, чем электронные переходы в атомных и оптических часах, - уточняет г-н Хадсон. - Следовательно, и при не слишком высокой точности измерений мы можем установить новые, более узкие пределы варьирования констант".

В число очевидных требований к кристаллам, которые будут содержать торий, входят прозрачность в вакуумной ультрафиолетовой области спектра и химическая "совместимость" с ионами Th4+. Такие свойства демонстрируют Na2ThF6, LiCaAlF6, LiSrAlF6, LiYF4, CaF2 и ряд других кристаллов. Авторы уже создали прототип часов с использованием LiCaAlF6 и более доступного, чем 229Th, изотопа 232Th.

По материалам Physicsworld.Com.