Двухфотонный электронно-ядерный резонанс как мост к ядерно-оптическим часам

Ф. Ф. Карпешин, Л. Ф. Витушкин

Труды ИПА РАН, вып. 74, 37–41 (2025)

DOI: 10.32876/ApplAstron.74.37-41

Ключевые слова: ядерно-оптический сткандарт частоты, изомер тория-229, оптическая накачка

Аннотация

Рекордные образцы атомных часов демонстрируют относительную погрешность в пределах нескольких единиц 10⁻¹⁸, в то время как для решения сложных фундаментальных и прикладных задач необходимо снижение погрешности еще на порядок величины. Дальнейшее снижение погрешности позволило бы решить давно назревший вопрос о возможном дрейфе фундаментальных констант, а также разгадать загадку темной материи и энергии. Вот почему большое внимание в текущих научных исследованиях уделяется проблеме создания ядерно-оптических часов и стандарта частоты следующего поколения. Совместными усилиями физиков PTB, LMU München, JILA, UCLA и др. 2024-й год ознаменовался успешным возбуждением лазером ядра ²²⁹Th. На создание требуемого стандарта подтверждена кандидатура номер один этого нуклида, энергия возбужденного состояния которого 3/2⁺[631] всего на 8.355740(3) эВ выше основного состояния 5/2⁺[633]. В то же время используемые технологии обладают крайне низкой эффективностью. Так, только 1/10¹³ часть потребляемой мощности используется по назначению — на возбуждение изомера, а остальная часть теряется в резонаторе, усилителях, неиспользуемых гармониках, модах частотной гребенки и др. Обсуждается возможность дальнейшего уточнения энергии изомера в целях уменьшения погрешности в методе резонансной оптической накачки с учетом использования резонансных свойств электронной оболочки. Принципиально возможное усиление может достигнуть колоссальной величины в 13 порядков, но при использовании настоящих методик оно не реализуется. В данной работе внимание сосредоточено на учете ширины резонанса. Он либо помогает увеличить шаг сканирования и таким образом сократить время сканирования, либо просто увеличивает сечение. В предложенном двухфотонном методе используется радикальное уширение изомерной линии за счет смешивания с электронным переходом. Метод не осложнен уменьшением сечения, сопровождающим уширение резонанса, которое происходит вследствие внутренней конверсии или преднамеренного экстра-уширения спектральной линии лазера накачки. Рассматриваемая схема оказывается на два порядка эффективнее прямой накачки. Метод применим как к ионизованным, так и к нейтральным атомам тория. Реализация метода предполагает возбуждение как ядра, так и электронной оболочки в конечном состоянии.

Цитирование