19:52 2023-06-01
science - citeste alte articole pe aceeasi tema
Comentarii Adauga Comentariu
_ Toriu-229: Cum poate fi excitată prima tranziție nucleară cu lasere în intervalul de lungimi de undă vizibile
_ Thorium-229: Cum poate fi excitată prima tranziție nucleară cu lasere în intervalul de lungimi de undă vizibile
Izotopul de toriu cu numărul de masă 229 (229Th) este extrem de interesant în multe privințe - pentru fizica fundamentală, precum și pentru aplicații viitoare, de exemplu, în sensul unui ceas nuclear.
O echipă internațională de cercetare germano-chinezo-americană cu participarea grupului Prof. Dr. Dmitry Budker de la Universitatea Johannes Gutenberg din Mainz a acum a propus o abordare complet nouă pentru a studia 229Th în detaliu. Cercetătorii doresc să folosească ioni de toriu care au doar trei electroni rămas în înveliș din cei 90 prezenți într-un atom neutru.
Un astfel de sistem oferă multe avantaje, raportează cercetătorii în numărul actual al revistei Physical. Analizați cercetările, mai ales că prima tranziție nucleară poate fi excitată cu lasere convenționale în intervalul de lungimi de undă vizibile. Acest lucru, totuși, necesită ca ionii să circule într-un inel de stocare relativist.
Ceea ce este special la toriu-229 este că nucleul său atomic, cu starea izomeră metastabilă, toriu-229m are de departe cea mai scăzută excitație. nivelul energetic al tuturor celor aproximativ 3.800 de nuclee atomice cunoscute în prezent. Prin urmare, este singura tranziție nucleară care poate fi interogată cu lasere - chiar și fără a utiliza inele de stocare. Măsurarea extrem de precisă a acestei tranziții și a celor două state nucleare deschide perspective promițătoare și diverse.
În acest scop, cercetătorii conduși de Dmitry Budker propun acum o nouă abordare — atât în ceea ce privește „obiectul de studiu" și setarea experimentală: folosesc ioni foarte încărcați sau, pe scurt, HCI, în special cei în care au mai rămas doar trei electroni în învelișul de electroni. În astfel de ioni de toriu încărcați foarte puternic, interacțiunea dintre electron și nucleu deschide câteva tranziții noi care pot fi folosite pentru a „popula” starea izomeră nucleară în mod eficient.
Ideea este de a accelera acești ioni de toriu până la aproape viteza luminii într-un accelerator de particule. În acest fel, ei dezvoltă un efect de pârghie, ca să spunem așa, pentru a-i excita cât mai eficient cu un laser convențional și astfel să le poată studia foarte precis. Cel mai important, mai multe stări excitate pot fi abordate și utilizate pentru a „popula” starea izomeră care este de fapt de interes.
Majoritatea studiilor anterioare despre toriu-229m s-au ocupat de atomi sau ioni nerelativiști cu sarcină scăzută. stări, care impune cerințe mari asupra sursei de lumină necesară pentru excitație - deoarece este nevoie de un laser cu lungime de undă extrem de scurtă în intervalul ultraviolet profund. „Faptul că putem folosi un laser în intervalul de lungimi de undă vizibile—convenționale—în schimb face studiile spectroscopice mai ușoare”, explică Dmitry Budker.
„Că acest lucru este posibil este legat de faptul că toriul ionii sunt accelerați aproape cu viteza luminii. Datorită efectelor relativiste, ei percep un fascicul laser îndreptat spre ei din față ca un fascicul cu o lungime de undă mult mai scurtă: pentru ei, lumina laser convențională apare ca un laser UV", adaugă mai întâi. autorul Junlan Jin, în prezent Ph.D. student la Universitatea Princeton, care anterior a lucrat foarte îndeaproape și cu succes cu grupul lui Dmitry Budker, ca parte a unui stagiu la distanță.
În publicația actuală, autorii descriu diferiții pași necesari pentru realizarea metodei lor: Încep cu generarea unui fascicul accelerat de ioni de toriu foarte încărcați, posibilele inele de accelerație fiind la instalația FAIR aflată în construcție la GSI din Darmstadt, Germania, sau planificata Fabrica Gamma de la CERN — autorii publicației actuale despre toriu sunt, de asemenea, implicați în propuneri conceptuale pentru realizarea unei astfel de „super surse de lumină”.
Ei discută apoi în detaliu diferite scenarii pentru obținerea celei mai complete excitații posibile a nucleelor de toriu, înainte de a se concentra pe detectarea stărilor excitate produse și transferabilitatea către sisteme similare.
The Concluzia echipei de cercetare: Conform estimării lor, energia stării izomerice poate fi măsurată cu o precizie mai bună de 10-4 sau chiar sub 10-6, ceea ce reprezintă o îmbunătățire de ordine de mărime a valorii prezente. Acest lucru ar deschide calea pentru îmbunătățiri suplimentare în determinarea energiei stării izomerice și ar ajuta la răspunsul la întrebările fundamentale ale fizicii folosind sistemul toriu.
„Dezvoltarea unui ceas nuclear nu este atât de mult în centrul propunerii noastre. , deoarece pentru realizarea sa noua noastră metodă aduce diverse provocări tehnologice”, adaugă Dmitry Budker.
„Pentru noi, totuși, toriul este un „loc de joacă” foarte mare pentru abordarea întrebărilor fundamentale de fizică, un laborator de testare pentru noi fizică, ca să spunem așa. De exemplu, vrem să răspundem la întrebarea dacă anumite constante fundamentale ale naturii nu sunt poate atât de constante, ci derivă sau oscilează cu timpul sau cu locația. În plus, se pot imagina teste de simetrii fundamentale și căutări pentru particule sau câmpuri care depășesc modelul standard.”
Comentarii:
Adauga Comentariu