Фізики з Німеччини та Австрії змогли збудити атоми торію-229 (Th-229) за допомогою лазера і виміряти характеристики низькоенергетичного переходу збуджених ізомерів в основний стан. Період напіврозпаду збуджених атомів з енергією 8,4 електронвольта склав 1740 секунд. Стаття опублікована в журналі Physical Review Letters.
Резонансне збудження елементарних квантових систем лазерним випромінюванням лежить в основі багатьох експериментів у фізиці, таких як спектроскопія атомів і молекул, атомний годинник або квантове оброблення інформації. Ядро торію-229 відоме своїм унікальним низькоенергетичним ізомерним станом з енергією 8,4 електронвольта. Через цю енергію спектральний діапазон переходу в основний стан опиняється в ділянці вакуумного ультрафіолету, що робить його доступним для експериментів з настільними лазерними системами і засобами прецизійної метрології оптичних частот. Фізики вважають, що завдяки цим властивостям торій-229 можна використовувати для створення атомного годинника безпрецедентної точності. Однак збудити лазером низькоенергетичний перехід торію-229 дотепер не вдавалося.
Це вдалося нарешті зробити групі фізиків під керівництвом Торстена Шумма (Thorsten Schumm) і Еккехарда Пайка (Ekkehard Peik) з Атомного інституту Технічного університету Відня і Фізико-технічного федерального інституту в Брауншвейгу. Для цього вчені опромінювали за допомогою настроюваної лазерної системи кристали фториду кальцію (CaF2), доповані торієм-229 (Th-229). Діапазон довжини хвилі фотонів, випущених лазером, був 148,3-149,1 нанометра, що відповідає невизначеності, з якою відома енергія переходу торію-229. Флюоресценцію кристала збирали за допомогою оптичної системи і реєстрували за допомогою фотоелектронного помножувача.
У результаті фізикам вдалося зареєструвати флюоресценцію у двох опромінених кристалів, допованих різною концентрацією торію-229. При цьому контрольний зразок, допований торієм-232, не флюоресціював, а також не спостерігалося флюоресценції торію-229, опроміненого на інших довжинах хвиль. За словами вчених, це підтверджує припущення, що їм вдалося зареєструвати шуканий перехід торію-229. Крім того, фізики виміряли період напіврозпаду збуджених станів, який склав приблизно 1740 секунд для ізомеру у вакуумі.
Вчені вважають, що це дослідження дасть змогу надалі створити атомний годинник з найвищою точністю.