Un científico ruso del Instituto de Investigación de Física Nuclear de Skobelitsyn, MSU fundamentó teóricamente que la velocidad de transición del torio-229 desde el suelo al estado excitado puede manejarse dependiendo de las condiciones externas. La frecuencia de las transiciones puede aumentar o disminuir decenas de veces. Este efecto contribuirá a que los relojes extremadamente precisos superen incluso a los mejores relojes atómicos. El artículo fue publicado en Cartas de revisión física .
Los relojes modernos más precisos son los relojes atómicos en los que el tiempo se registra sobre la base de la transición de electrones entre niveles de energía. Recientemente, Los científicos sugirieron cambiar de transiciones electrónicas a nucleares que pueden aumentar considerablemente la precisión de los relojes debido a la frecuencia más alta. Sin embargo, en la mayoría de los casos, esta frecuencia y la energía correspondiente son demasiado altas para aplicar el método. El principal candidato que se utilizará en estos relojes es el núcleo de torio-229. Sus transiciones de baja energía son únicas y conducen a la emanación de un fotón de espectro UV. El trabajo con núcleos es complicado debido a la conversión interna que hace que la energía liberada en el curso de la transición nuclear se transfiera a uno de los electrones y no se libere como fotón. La probabilidad de que un electrón gane energía en lugar de su transición a un fotón en un átomo de torio-229 es mil millones de veces mayor. Sin embargo, si el átomo se coloca en un cristal con una banda prohibida amplia, la situación cambia.
"Mi idea es que en una funda electrónica de cristal se puede reorganizar por completo, permitiéndonos observar la radiación nuclear sin conversión, "dijo el autor Evgeny Tkalya de RINP, MSU.
En su nuevo trabajo, teóricamente revisó las transiciones de un núcleo de torio-229 en un cristal; todo el sistema estaba cubierto con un aislador, una fina película dieléctrica, o metal. El autor concluyó que la emisión espontánea se puede controlar si el núcleo se coloca dentro de dichos materiales. Este fenómeno es bien conocido por las transiciones de electrones ópticos y se denomina efecto Purcell. El análisis ha demostrado que la portada, dependiendo de su tamaño y propiedades, puede cambiar la velocidad de transición hasta 50 veces. Este proceso es especialmente interesante en relojes, a medida que la línea de emisión también se vuelve más estrecha, permitiendo que los mecanismos marquen el tiempo con mayor precisión.
"Esto puede aumentar la precisión en un orden de magnitud en comparación con los relojes basados en torio que no tienen en cuenta este efecto, ", dijo el científico." Usando estos fenómenos físicos adicionales, podemos alcanzar una precisión relativa superior a 10 -20 . "
El principal problema que dificulta el desarrollo de un prototipo de reloj nuclear es la falta de conocimiento sobre la energía de transición. En la actualidad, la inexactitud de las medidas para este valor es décimas de electrón-voltios (eV), y para excitar eficientemente los núcleos con radiación externa, la inexactitud debe reducirse al nivel del excitante ancho de la línea láser (alrededor de 10 -5 eV).
El científico también compartió los resultados de los experimentos llevados a cabo por un grupo de investigadores del MEPhI que muestran que la radiación se puede controlar y que prueban las disposiciones teóricas de su trabajo.
