物理

在原子钟之后,不久就会有核钟了吗?

美国物理学家已朝着构建新型超精密时钟迈出了第一步。

Marie-Neige鞋匠

在狭小的计量世界中,th 229的原子核是一个梦想。由于其高能特性,这种同位素可以提供一种以无与伦比的精度实现第二种同位素的方法,即使 最新的光学原子钟 (这样的时钟测量时间误差在30亿年之内不到一秒钟)。这个想法是2003年由不伦瑞克德国计量局(PTB)的一个小组提出的。从那时起,几个团队试图捕获or核,以探测其能量水平。其中之一是由美国亚特兰大乔治亚理工学院的亚历克斯·库兹米奇(Alex Kuzmich)领导的,它刚刚产生了这样的阱,其中的离子(Th3+)排列成称为Wigner晶体的有序结构。

在原子钟中,电磁波激发原子气体,将其电子束从给定的能量状态转变为更高的能量状态。波的频率越接近与两个能级之间的跃迁相对应的频率,就会激发更多的原子。电子电路依靠这些信号的计数将波的频率锁定为原子跃迁的频率。从动波构成一个规则的振荡信号-时钟-特别稳定。像在任何时钟中一样,我们通过计算在此时间间隔内的振荡次数来测量时间间隔。固定时间的振荡越多,时钟越精确。

在光学原子钟中,该波受制于几个电子伏特的能量跃迁,该能量跃迁对应于可见光谱或近紫外光中的频率。一个困难在于所测量的跃迁对环境条件的敏感性,特别是对外部电磁场的敏感性。核跃迁对环境的敏感性不如原子跃迁,即原子核本身的两个能级之间的跃迁,而不再是电子云的跃迁,可以提供一种有趣的选择。但是,在大多数原子核中,跃迁范围从几千电子伏特到几百万电子伏特不等,这对应于大于10的频率18 赫兹,没有合适的电磁源。幸运的是,th 229核具有两个能级,仅相距几个电子伏特。因此,与基于原子跃迁的时钟相比,从属于该核跃迁的(紫外线)波将提供更准确和稳定的时钟。

然而,为了奴役刺激波,必须能够将long核固定足够长的时间。有几种解决方案正在准备中:加利福尼亚大学的埃里克·哈德森(Eric Hudson)团队试图制造一种掺有or离子的钙晶体。亚历克斯·库兹米奇(Alex Kuzmich)的团队则对cooled离子进行了冷却3+ 在离子阱中,直到它们结晶成均匀稳定的固体结构近一个小时。

仍然需要通过光谱法测量该结构中单个th离子的能量跃迁。 “在使用的波频率,要探索的能量范围的范围以及观察到的跃迁强度方面,这是一个真正的挑战,但是人们的兴趣日益浓厚,应该加速巴黎天文台SYRTE的光学频率计量师SébastienBize评论道。这样获得的核钟也许将具有足够的精度,以检验精细结构常数漂移的假说,精细结构常数是表征带电粒子与电磁场相互作用的基本物理常数,并且干预计算原子核和原子的能级。

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