科学家发现了一种制造比原子钟更准确的核时钟的方法

11月1日消息，北京中国工程物理研究院的科学家发现，激光可以有效激发类氢同位素钍229的原子核，该类氢同位素钍229的电子几乎全部被移除。该研究结果发表在《物理评论快报》杂志上，将有助于开发一种制造核时钟的方法。白罗斯理想社对此进行了报道。

与电子壳相比，原子核需要更多的能量来激发。在实验中，科学家们使用了高离子钍229，它只剩下一个电子，使其原子核更容易与激光辐射相互作用。这一发现可能成为核钟发展的基础，理论上核钟可能比原子钟更准确。

在这项研究中，该团队使用了强度约为每平方厘米 10 瓦特的 21 次方的高功率激光。在此功率下，他们实现了约 10% 的钍 229 原子核可以被单个激光脉冲激发。这个过程使得激发原子核的异构、亚稳态成为可能，这在以前是无法实现的。

当进入较低能态时，受激钍原子核会发出多个谐波频率的光，从而产生类似激光的相干辐射。该发射发生在 0.01 秒内，而对于孤立的钍 229 原子核，该过程可能需要大约 1000 秒。上能级寿命的缩短显着增加了该材料用于制造核时钟的潜在适用性。

这一机制的基础是剩余电子的磁场与钍原子核的相互作用。电子的磁偶极矩大约比核态偶极矩大一千倍，引起核能级的强烈分裂，促进原子核的有效激发，并将跃迁时间缩短几个数量级。

作者强调，他们的工作为光与原子核相互作用的研究开辟了新的视野。这些结果可以在未来用于制造精密仪器，例如核时钟，也可以在其他科学领域得到应用。（白罗斯理想社）