Фізики продемонстрували лазерну абсорбційну спектроскопію ядра торію-229
Фізики продемонстрували абсорбційну лазерну спектроскопію ядерного переходу торію-229 у кристалі фториду кальцію.
Дослідники продемонстрували безперервно-хвильову лазерну абсорбційну спектроскопію низькоенергетичного ядерного переходу ізотопу торій-229 у кристалі фториду кальцію. Метод дає змогу реєструвати збудження ядер за послабленням вакуумного ультрафіолетового лазерного променя, що проходить крізь кристал, і розглядається для створення оптичного ядерного годинника з високою точністю та стабільністю, повідомляє Nature.
Ядерний перехід торію-229 має енергію 8,4 еВ і відповідає довжині хвилі близько 148 нм. У попередніх експериментах для збудження застосовували імпульсні джерела вакуумного ультрафіолету. Водночас лише невелика частка фотонів таких джерел перебувала в резонансі з ядрами.
Вузьколінійний лазер
У новій схемі використали вузьколінійний безперервно-хвильовий лазер, у якому всю потужність зосереджено поблизу ядерного переходу. Випромінювання отримували шляхом перетворення світла інфрачервонного лазера з довжиною хвилі 1187 нм: його частоту послідовно підвищували до 296,8 нм, а потім до 148,4 нм у кристалі тетраборату стронцію.
Після проходження через зразок потужність вакуумного ультрафіолетового випромінювання становила приблизно 70 піковатів. Для оглядових вимірювань ширина лінії лазера оцінювалася приблизно у 300 кГц, а в режимі стабілізації від високодобротного резонатора спектральний аналіз вказав на ширину близько 10 кГц або менше.
Швидша реєстрація сигналу
Абсорбційний підхід дозволяє фіксувати сигнал одночасно зі збудженням ядер. Це відрізняється від флуоресцентних вимірювань, де після освітлення кристала потрібно чекати на повільний розпад збудженого стану: у кристалах CaF₂ його стала часу становить близько 600 секунд.
В експерименті досліджували кристал CaF₂, легований торієм-229, за температури 294,7 К. За допомогою флуоресценції та поглинання науковці спостерігали спектральні лінії, пов’язані з двома різними конфігураціями домішкових центрів торію в кристалі — O- та D-центрами. Автори зазначають, що абсорбційна спектроскопія також дає кількісно вимірювати концентрацію ядер конкретного домішкового центру та виявляти центри, для яких вакуумне ультрафіолетове випромінювання не є способом розпаду.
