خلاصه خبر:
فیزیکدانان با دستکاری هسته اتمی توریم 229 با استفاده از لیزر به موفقیتی که مدت ها در انتظار آن بودیم دست یافتند. موفقیت این آزمایش فرصت‌های جدیدی را برای ترکیب فیزیک کوانتومی و فیزیک هسته‌ای با کاربردهای بالقوه در فناوری‌های انقلابی باز میکند. یک تیم تحقیقاتی از TU Wien و موسسه ملی مترولوژی براونشوایگ (PTB) کریستال های حاوی توریم ویژه ای را برای مطالعه همزمان تعداد زیادی از هسته های توریم ایجاد کردند. با دست یافتن به مقدار دقیق انرژی انتقال توریم، تیم برای اولین بار به تحریک لیزری هدفمند هسته اتمی دست یافت. این پیشرفت راه را برای اندازه گیری های دقیق و توسعه ساعت های اتمی بسیار دقیق هموار میکند. همچنین پیامدهایی برای آنالیز میدان گرانشی زمین و بررسی تغییرات در ثابت های طبیعت دارد.
توضیحات تکمیلی:
دانشمندان با دستکاری موفقیت آمیز هسته اتمی توریم -229 (Th-229) با استفاده از لیزر به پیشرفت قابل توجهی در زمینه فیزیک هسته ای دست یافتند. این دستاورد فرصت‌های جدیدی را برای ترکیب فیزیک کوانتومی کلاسیک با فیزیک هسته‌ای باز میکند و نویدبخش کاربردهای فناوری انقلابی است. محققان به رهبری پروفسور تورستن شوم از TU Wien (وین) و تیمی از موسسه ملی مترولوژی براونشوایگ (PTB) یافته های خود را در Physical Review Letters منتشر کرده اند.
دستکاری اتم ها یا مولکول ها با لیزر یک روش معمول است که امکان اندازه گیری دقیق انرژی آنها را فراهم می کند. با این حال، به دلیل انرژی بالاتر مورد نیاز، استفاده از این تکنیک ها در هسته های اتمی چالش برانگیز بوده است. هسته توریم-229، با حالت های انرژی نزدیک به آن، مدت هاست که به عنوان یک نامزد بالقوه برای دستکاری لیزری گمان می رود.
مانع اصلی تعیین کردن انرژی انتقال به صورت دقیق بود.برای غلبه بر این چالش، تیم تحقیقاتی کریستال های حاوی توریم ویژه ای را توسعه دادند که تعداد زیادی اتم توریم را در خود جای داده بود. این رویکرد آنها را قادر می سازد تا تقریباً 17^10 هسته توریم را به طور همزمان مطالعه کنند، اثر را تقویت کرده و احتمال تشخیص انرژی انتقال را افزایش دهند.
در 21 نوامبر 2023، تیم با موفقیت به انرژی صحیح انتقال توریم دست یافت، و هسته‌ها برای اولین بار سیگنال واضحی را به نمایش گذاشتند. این پیشرفت، تحریک لیزری هدفمند هسته اتمی را نشان می‌دهد، دستاوردی که مدت‌ها منتظر آن بودیم. محققان اکنون استفاده از این فناوری را برای اندازه‌گیری‌های دقیق، با هدف نهایی ساخت ساعت اتمی که از دقت ساعت‌های موجود پیشی می‌گیرد، تصور می‌کنند.
علاوه بر زمان‌سنجی دقیق‌تر، این پیشرفت می‌تواند کاربردهای مختلفی داشته باشد، مانند تجزیه و تحلیل میدان گرانشی زمین برای اکتشاف منابع یا مطالعه تغییرات بالقوه در ثابت‌های طبیعت در طول زمان. روش اندازه گیری توسعه یافته توسط این تیم راه را برای تحقیقات و اکتشاف بیشتر در مورد هسته توریم-229 هموار می کند و انتظار می رود پیامدهای آن بسیار قابل توجه باشد.
در حالی که این مطالعه بر برانگیخته کردن حالت ایزومر توریم-229 در کریستال هایی از جنس CaF2 با دوپینگ توریم متمرکز بود، اندازه گیری های دقیق انجام شده داده های ارزشمندی را برای تلاش های آینده در طیف سنجی لیزری هسته ای Th-229 و تحقق ساعت های هسته ای نوری ارائه می دهد. این پیشرفت نشان دهنده آغاز یک دوره هیجان انگیز از تحقیقات، با پتانسیل برای اکتشافات و پیشرفت های پیش بینی نشده در درک ما از ماهیت بنیادی فیزیک است.
منبع
J. Tiedau et al, Laser Excitation of the Th-229 Nucleus, Physical Review Letters (2024). DOI: 10.1103/PhysRevLett.132.182501
