Um cientista russo do Skobelitsyn Research Institute of Nuclear Physics, A MSU teoricamente fundamentou que a velocidade de transição do tório-229 do estado fundamental para o estado excitado pode ser gerenciada dependendo das condições externas. A frequência das transições pode ser aumentada ou diminuída dezenas de vezes. Este efeito contribuirá para relógios extremamente precisos, excedendo até mesmo os melhores relógios atômicos. O artigo foi publicado em Cartas de revisão física .
Os relógios modernos mais precisos são os relógios atômicos nos quais o tempo é registrado com base na transição do elétron entre os níveis de energia. Recentemente, os cientistas sugeriram mudar de transições de elétrons para nucleares que podem aumentar consideravelmente a precisão dos relógios devido à maior frequência. Contudo, na maioria dos casos, esta frequência e energia correspondente são muito altas para o método a ser aplicado. O principal candidato a ser usado nesses relógios é o núcleo do tório-229. Suas transições de baixa energia são únicas e levam à emanação de um fóton de espectro UV. O trabalho com os núcleos é complicado devido à conversão interna que faz com que a energia liberada no curso da transição nuclear seja transferida para um dos elétrons e não liberada como um fóton. A probabilidade de um elétron ganhar energia em vez de sua transição para um fóton em um átomo de tório-229 é 1 bilhão de vezes maior. Contudo, se o átomo for colocado em um cristal com uma grande lacuna de banda, a situação muda.
"Minha ideia é que em um invólucro eletrônico de cristal pode ser completamente reorganizado, permitindo-nos observar a radiação nuclear sem conversão, "disse o autor Evgeny Tkalya da RINP, MSU.
Em seu novo trabalho, ele teoricamente revisou as transições de um núcleo de tório-229 em um cristal; todo o sistema foi coberto com um isolador, um filme dielétrico fino, ou metal. O autor concluiu que a emissão espontânea pode ser controlada se o núcleo for colocado dentro de tais materiais. Esse fenômeno é bem conhecido pelas transições de elétrons ópticos e é chamado de efeito Purcell. A análise mostrou que a capa, dependendo de seu tamanho e propriedades, pode alterar a velocidade de transição em até 50 vezes. Este processo é especificamente interessante em relógios, conforme a linha de emissão se torna mais estreita também, permitindo que os mecanismos mantenham o tempo com mais precisão.
"Isso pode aumentar a precisão em uma ordem de magnitude em comparação com os relógios baseados em tório que não levam esse efeito em consideração, "disse o cientista." Usando esses fenômenos físicos adicionais, podemos atingir a precisão relativa em 10 -20 . "
O principal problema que atrapalha o desenvolvimento de um protótipo de relógio nuclear é a falta de conhecimento sobre energia de transição. Atualmente, a imprecisão das medições para este valor é décimos de elétron-volts (eV), e excitar eficientemente os núcleos com radiação externa, a imprecisão deve ser reduzida ao nível da largura da linha de laser excitante (cerca de 10 -5 eV).
O cientista também compartilhou os resultados de experimentos realizados por um grupo de pesquisadores do MEPhI mostrando que a radiação pode ser controlada e comprovando as previsões teóricas de seu trabalho.
