Medir el tiempo usando oscilaciones de núcleos atómicos podría mejorar significativamente la precisión más allá de la de los relojes atómicos actuales. Los físicos ahora han dado un paso importante hacia este objetivo.
Los relojes atómicos son actualmente nuestros cronometradores más precisos. El registro actual lo tiene un reloj que tiene una precisión de un segundo en 20 mil millones de años. Investigadores dirigidos por Ludwig-Maximilians-Universitaet LMU en los físicos de Munich Peter Thirolf, Larsvon der Wense y Benedict Seiferle han identificado experimentalmente un estado de excitación largamente buscado, un isómero nuclear en un isótopo del elemento torio Th, que podría mejorar este nivel de precisión en un factor de aproximadamente diez.la revista científica Naturaleza . El equipo también incluye científicos con sede en la Universidad Johannes Gutenberg de Mainz, el Instituto Helmholtz de Mainz y el Centro GSI Helmholtz para la Investigación de Iones Pesados en Darmstadt, Alemania.
El corazón del cronometraje
La segunda es nuestra unidad básica para la medición del tiempo y está vinculada al período de oscilación de los electrones en la capa atómica del elemento cesio Cs. El mejor reloj atómico actualmente en uso cuenta con una precisión relativa de 2 × 10-18. "Se podrían lograr niveles aún mayores de precisión con la ayuda de un llamado reloj nuclear, basado en oscilaciones en el núcleo atómico en lugar de oscilaciones en las capas de electrones que rodean el núcleo", dice Thirolf.los núcleos atómicos son 100.000 veces más pequeños que los átomos completos, tal reloj sería mucho menos susceptible a la perturbación por influencias externas ".
Sin embargo, de los más de 3300 tipos conocidos de núcleos atómicos, solo uno potencialmente ofrece una base adecuada para un reloj nuclear: el núcleo del isótopo de torio con masa atómica 229 Th-229, que, sin embargo, noocurre naturalmente. Durante más de 40 años, los físicos han sospechado que este núcleo exhibe un estado excitado cuya energía se encuentra muy ligeramente por encima de su estado fundamental. El isómero nuclear resultante, Th-229m, posee el estado de excitación más bajo en cualquier núcleo atómico conocido."Se espera que Th-229m muestre una vida media bastante larga, entre minutos y varias horas. Por lo tanto, debería ser posible medir con una precisión extremadamente alta la frecuencia de la radiación emitida cuando el estado nuclear excitado vuelve a caer al estado fundamental", Explica Thirolf.
Primera detección directa de la transición
Sin embargo, la detección directa del isómero de torio Th-229m nunca se ha logrado. "Hasta ahora, la evidencia de su existencia ha sido puramente indirecta", dice Thirolf. Junto con sus colegas, ha logrado detectar el escurridizotransición nuclear en un experimento complejo. Hicieron uso de uranio-233 como fuente de Th-229m, que se produce en la desintegración alfa radiactiva del uranio-233. En un recorrido de prueba experimental, los científicos aislaron el isómero comoun haz de iones ". Utilizando un detector de placa de microcanal, pudimos medir la desintegración del isómero excitado de regreso al estado fundamental de Th-229 como una señal clara e inequívoca. Esto constituye una prueba directa de que el estado excitado realmente existe,"dice Thirolf." Este avance es un paso decisivo hacia la realización de un reloj nuclear que funcione ", agrega." Nuestros esfuerzos para alcanzar este objetivo en el marco de la red de investigación europea nuClock ahora se redoblarán. El siguiente paso escaracterizar la adecuadaLos vínculos de la transición nuclear con mayor precisión: su vida media y, en particular, la diferencia energética entre los dos estados.Estos datos permitirán a los físicos de láser configurar para trabajar en un láser que se puede sintonizar a la frecuencia de transición, que es un requisito previo para un control óptico de la transición ".
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Materiales proporcionado por Ludwig-Maximilians-Universität München . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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