Торий

1 июня 2023 г.

Эта статья была проверена в соответствии с редакционным процессом и политикой Science X. Редакторы выделили следующие атрибуты, гарантируя при этом достоверность контента:

проверенный фактами

надежный источник

корректура

от Университета Майнца

Изотоп тория с массовым числом 229 (229Th) весьма интересен во многих отношениях – как для фундаментальной физики, так и для будущих приложений, например, в смысле ядерных часов.

Международная немецко-китайско-американская исследовательская группа при участии группы профессора доктора Дмитрия Будкера из Университета Иоганна Гутенберга в Майнце предложила совершенно новый подход к детальному изучению 229Th. Исследователи хотят использовать ионы тория, у которых в оболочке осталось только три электрона из 90, присутствующих в нейтральном атоме.

Такая система предлагает множество преимуществ, сообщают исследователи в текущем выпуске журнала Physical Review Research, в первую очередь то, что первый ядерный переход можно возбудить с помощью обычных лазеров в видимом диапазоне длин волн. Однако для этого необходимо, чтобы ионы циркулировали в релятивистском накопителе.

Особенностью тория-229 является то, что его атомное ядро, находящееся в метастабильном изомерном состоянии, торий-229m имеет на сегодняшний день самый низкий уровень возбужденной энергии из всех примерно 3800 атомных ядер, известных в настоящее время. Таким образом, это единственный ядерный переход, который потенциально можно исследовать с помощью лазеров — даже без использования накопительных колец. Чрезвычайно точное измерение этого перехода и двух ядерных состояний открывает многообещающие и разнообразные перспективы.

Для этого исследователи под руководством Дмитрия Будкера сейчас предлагают новый подход — как с точки зрения «объекта исследования», так и с точки зрения экспериментальной обстановки: они используют высокозарядные ионы, или сокращенно HCI, именно те, в которых есть в электронной оболочке осталось всего три электрона. В таких сильно заряженных ионах тория взаимодействие между электроном и ядром открывает некоторые новые переходы, которые можно использовать для эффективного «заселения» изомерного состояния ядра.

Идея состоит в том, чтобы ускорить эти ионы тория почти до скорости света в ускорителе частиц. Таким образом, они развивают, так сказать, эффект рычага, чтобы максимально эффективно возбудить их обычным лазером и, таким образом, иметь возможность очень точно их изучить. Самое главное, что можно обратиться к множеству возбужденных состояний и использовать их для «заселения» того изомерного состояния, которое действительно представляет интерес.

Большинство предыдущих исследований тория-229m касались нерелятивистских атомов или ионов в низкозарядовых состояниях, что предъявляет высокие требования к источнику света, необходимому для возбуждения, поскольку необходим чрезвычайно коротковолновый лазер в глубоком ультрафиолетовом диапазоне. «Тот факт, что вместо этого мы можем использовать лазер видимого — обычного — диапазона длин волн, облегчает спектроскопические исследования», — объясняет Дмитрий Будкер.

«То, что это вообще возможно, связано с тем, что ионы тория ускоряются почти до скорости света. Из-за релятивистских эффектов они воспринимают направленный на них спереди лазерный луч как луч с гораздо меньшей длиной волны: для них обычный лазерный свет выглядит как УФ-лазер», — добавляет первый автор Цзюньлан Цзинь, в настоящее время доктор философии. студент Принстонского университета, который ранее очень тесно и успешно работал с группой Дмитрия Будкера в рамках дистанционной стажировки.

В текущей публикации авторы описывают различные шаги, необходимые для реализации своего метода: они начинают с генерации ускоренного пучка высокозаряженных ионов тория, при этом возможные кольца ускорителя находятся на строящейся установке FAIR в GSI в Дармштадте, Германия. или планируемая Гамма-фабрика в ЦЕРНе — авторы текущей ториевой публикации также участвуют в концептуальных предложениях по реализации такого «источника сверхсвета».