金屬實驗釷已經透露了一個奇怪的怪癖,可以在全新的原子鐘中使用,這比以往任何時候都鋪平了更精確的計時方法。
目前,我們用來協調全球定位衛星的高精度時鐘的種類是基於撞擊一個具有適當能量的電子,以迫使其從軌道跳下並再次返回。
這種微小的量子飛躍需要非常精確的時間,可以被檢測到並用作微小的擺動 - 因此最實用的現代“原子鐘”可能每兩億年左右損失一秒鐘。
當前的努力由諸如諸如美國國家標準研究所嘗試通過冷卻和提高粒子的密度來提高精度,但是電子仍然可以時不時輕鬆地輕推。
大約15年前,來自德國的Physikalisch-Technische Bundesanstalt(PTB)的物理學家開始認真對待在原子核中使用過渡態作為測量時間的一種方式。
堆積成核的顆粒密度(例如thor原子中的核)意味著會受到干擾的可能性要小得多,因此理論上可以保持更大的可靠性。
唯一的問題是,大多數原子都需要一個強大的腳踢才能使他們的核轉變為一個興奮的狀態以“ tick”,因此您需要X射線或伽瑪射線的光束才能使它們開始。
Thorium-229的Nucleus在以紫外線沐浴時暫時穩定的異構體形成異構體的能力暫時是穩定的(稱為“亞穩態”狀態),這使其成為基於原子核的光原子時鐘的最佳候選者。
由於所需的波長范圍狹窄,將理論變成一種實用的技術已被證明是一個挑戰。
“根據時鐘的要求,過渡的共振非常尖銳,只有在激光光的頻率與兩個狀態的能量差匹配時,才能觀察到,”物理學家Ekkehard Peik說。
“因此,這個問題類似於在乾草堆中尋找針頭的眾所周知的搜索。”
為了尋找這種“針頭”,Peik和他的同事需要了解有關其坐在其中的大草原的一些事情。
該小組與位於慕尼黑的路德維希 - 馬克西米利安人 - 宇宙的研究人員合作,分析了thor-229的thor-229異構體的亞穩態形式,因為它們從鈾的原子中衰減時,以一種激動的狀態捕獲。
通過用激光擊中被困的原子並研究其轉移電子產生的光譜,該團隊可以判斷電荷在其核中的分佈。
最終結果是對核的更好圖片,這將有助於減少將原子核從基態轉移到興奮的頻率所需的頻率範圍,從而使其像時鐘一樣滴答。
目前尚不清楚基於or的核時鐘會多麼精確,但是它肯定會打開一個窗口,通向一個全新的方法來測量秒數。
完善此類時鐘的精度可能在我們尋找難以捉摸的身份中發揮重要作用暗物質,可能只能檢測到其大規模扭曲時間。
這是我們很高興找到的一根針。
這項研究發表在自然。