У TU Wien створили ядерний годинник на основі торію-229
У TU Wien продемонстрували ядерний годинник на торії-229 із зворотним зв’язком, що коригує лазер за ядерним переходом.
У Технічному університеті Відня (TU Wien) продемонстрували оптичний ядерний годинник, у якому частоту лазера коригує перехід у ядрі ізотопу торій-229. Це перша описана система, де лазер, що опитує ядра торію, керується самим ядерним переходом, повідомляє Nature.
Установка працює як автономний пристрій. Для короткочасної стабільності використовують лазер із довжиною хвилі 1187 нм, стабілізований високодобротним оптичним резонатором. Його випромінювання перетворюють на безперервний вакуумний ультрафіолетовий лазер із довжиною хвилі 148 нм, яким досліджують ядра торію-229 у кристалі фториду кальцію, легованому цим ізотопом.
Зворотний зв’язок від ядерного переходу
Дослідники вимірюють поглинання світла кристалом і формують сигнал похибки для коригування частоти годинникового лазера. Це дає змогу компенсувати довготривалий дрейф оптичного резонатора та утримувати лазер на резонансі ядерного переходу. Частота цього переходу становить приблизно 2,0204 × 1015 Гц, а виміряна ширина лінії — близько 100 кГц.
Система може працювати без втручання протягом доби, що автори пов’язують із поточною стабільністю потужності вакуумного ультрафіолетового лазера. За безперервного запуску годинник досягав дробової нестабільності частоти на рівні нижче 10−14. Водночас відтворюваність результатів між запусками у різні дні була обмежена приблизно 5 × 10−13.
Вплив кристала на точність
Автори встановили, що центр лінії ядерного переходу залежить від ділянки кристала, через яку проходить лазерний промінь. У вимірюваннях у різних позиціях відхилення частоти сягали 1,7 кГц, тоді як повторне вимірювання в одній і тій самій позиції давало відтворюваний результат. Дослідники припускають, що зсуви можуть бути пов’язані з локальними напруженнями через структурну неоднорідність кристала.
Перехід торію-229 має надзвичайно низьку для ядерного переходу енергію — близько 8,4 еВ. Такий годинник цікавий також для перевірки теорій, у яких фундаментальні сталі можуть змінюватися з часом, і для пошуку темної матерії.
