Un scientifique russe de l'Institut de recherche de physique nucléaire de Skobelitsyn, MSU a théoriquement démontré que la vitesse de transition du thorium-229 de l'état fondamental à l'état excité peut être gérée en fonction des conditions externes. La fréquence des transitions peut être augmentée ou diminuée des dizaines de fois. Cet effet contribuera à des horloges extrêmement précises dépassant même les meilleures horloges atomiques. L'article a été publié dans Lettres d'examen physique .
Les horloges modernes les plus précises sont les horloges atomiques dans lesquelles le temps est enregistré sur la base de la transition électronique entre les niveaux d'énergie. Récemment, les scientifiques ont suggéré de passer des transitions électroniques aux transitions nucléaires, ce qui pourrait augmenter considérablement la précision des horloges en raison d'une fréquence plus élevée. Cependant, dans la majorité des cas, cette fréquence et l'énergie correspondante sont trop élevées pour que la méthode soit appliquée. Le principal candidat à utiliser dans de telles horloges est le noyau de thorium-229. Ses transitions à basse énergie sont uniques et conduisent à l'émanation d'un photon du spectre UV. Le travail avec les noyaux est compliqué en raison de la conversion interne qui fait que l'énergie libérée au cours de la transition nucléaire est transférée à l'un des électrons et non libérée sous forme de photon. La probabilité qu'un électron gagne de l'énergie au lieu de sa transition vers un photon dans un atome de thorium-229 est 1 milliard de fois plus élevée. Cependant, si l'atome est placé dans un cristal à large bande interdite, la situation change.
"Mon idée est que dans une gaine électronique en cristal peut être complètement réarrangé, nous permettant d'observer le rayonnement nucléaire sans conversion, " a déclaré l'auteur Evgeny Tkalya du RINP, MSU.
Dans son nouveau travail, il a passé en revue théoriquement les transitions d'un noyau de thorium-229 dans un cristal; l'ensemble du système était recouvert d'un isolateur, un film diélectrique mince, ou en métal. L'auteur a conclu que l'émission spontanée peut être contrôlée si le noyau est placé dans de tels matériaux. Ce phénomène est bien connu pour les transitions optiques électroniques et est appelé effet Purcell. L'analyse a montré que la couverture, selon sa taille et ses propriétés, peut changer la vitesse de transition jusqu'à 50 fois. Ce procédé est particulièrement intéressant dans les horloges, au fur et à mesure que la raie d'émission devient plus étroite, permettant aux mécanismes de garder le temps avec plus de précision.
"Cela peut augmenter la précision d'un ordre de grandeur par rapport aux horloges à base de thorium qui ne prennent pas en compte cet effet, " dit le scientifique. " En utilisant ces phénomènes physiques supplémentaires, nous pouvons atteindre une précision relative sur 10 -20 ."
Le principal problème qui entrave le développement d'un prototype d'horloge nucléaire est le manque de connaissances sur l'énergie de transition. Actuellement, l'imprécision des mesures pour cette valeur est des dixièmes d'électron-volt (eV), et d'exciter efficacement les noyaux avec un rayonnement externe, l'imprécision doit être réduite au niveau de la largeur de la ligne laser excitante (environ 10 -5 eV).
Le scientifique a également partagé les résultats d'expériences menées par un groupe de chercheurs du MEPhI montrant que le rayonnement peut être contrôlé et prouvant les dispositions théoriques de son travail.
