О проблемах создания ядерно-оптического стандарта частоты на основе 229Th

Ф.Ф. Карпешин, М.Б. Тржасковская, Л.Ф. Витушкин

ФГУП «ВНИИМ им. Д.И. Менделеева», Санкт-Петербург, Россия
fkarpeshin@gmail.com

«Альманах современной метрологии» № 1 (29) 2022, стр. 30–42

УДК 53.083.2

Аннотация. Наиболее вероятным кандидатом на роль ядерно-оптического стандарта является 8.2-эВ изомер 229mTh. Обсуждается использование резонансных свойств элек­тронной оболочки как оптического резонатора для создания лазерно-ядерных технологий, необходимых на пути для оптической накачки ядерных изомеров и других манипуляций над атомными ядрами, ведущих к созданию стандарта частоты следующего поколения и ядерно-оптических часов на их основе.

Ключевые слова: изомер 229mTh, ядерно-оптические часы, стандарт частоты.

Цитируемая литература

1. Фатеев В.Ф. Релятивистская метрология околоземного пространства-времени. — Менделеево: ФГУП «ВНИИФТРИ», 2017.

2. Peik E., Tamm Chr. Nuclear laser spectroscopy of the 3.5 eV transition in Th-229 // Europhysics Letters. — 2003. — V. 61. — P. 181.

3. Зон Б.А., Карпешин Ф.Ф. Ускорение распада ядра U-235 за счёт резонансной внутренней конверсии, стимулированной лазерным излучением // Журнал экспериментальной и теоретической физики. — 1990. — Т. 97. — С. 401.

4. Karpeshin F.F. et al. On the Question of Electron Bridge for the 3.5-eV Isomer of 229Th // Phys. Rev. Lett. — 1999. — V. 83. — P. 1072; Karpeshin F.F., Band I.M., Trzhaskovskaya M.B., Pastor A.A. Electron bridge for the 3,5 kev 229Th isomer // Известия РАН. Серия физическая. — 1999. — Т. 63. — С. 38; Karpeshin F.F., Band I.M. and Trzhaskovskaya M.B. NEET revisited in con­nection with the resonance radiative pumping of 229mTh // Nuclear Shapes and Nuclear Structure at Low Excitation Energies. Proceedings of the International Conference, Antibes (France) 20–25 June, 1994 / ed. M. Vergnes, Goutte, P.H. Heenen and J. Sauvage. — Singapore: Editions Frontiers, 1995. — P. 181.

5. Витушкин Л.Ф., Карпешин Ф.Ф., Тржасковская М.Б. Актуальные проблемы создания ядерно-оптических стандартов частоты на основе 229Th // Ядерная физика. — 2020. — Т. 83. — № 32. — С. 463–469.

6. Irwin G.M. and Kim K.H. Observation of electromagnetic radiation from deexci­tation of the 229Th isomer // Phys. Rev. Lett. — 1997. — V. — P. 990.

7. Карпешин Ф.Ф., Тржасковская М.Б. Ядерно-оптические стандарты частоты: новое поколение // Труды Института прикладной астрономии РАН. — 2016. — Вып. 36. — С. 15.

8. Karpeshin F.F., Trzhaskovskaya M.B. Bound internal conversion versus nuclear excitation by electron transition: Revision of the theory of optical pumping of the 229mTh isomer // Phys. Rev. — 2017. — V. 95. — P. 034310; Карпешин Ф.Ф., Тржасковская М.Б. Возбуждение изомера ядра Th посредством резонансной конверсии в ионизованных атомах // Ядерная физика. — 2015. — Т. 78. — С. 765.

9. Von der Wense L. et al. Direct detection of the 229Th nuclear clock transition // — 2016. — V. 533. — P. 47; Seiferle B., von der Wense L., Thirolf P.G. Lifetime Measurement of the 229Th Nuclear Isomer // Phys. Rev. Lett. — 2017. — V. 118. — P. 042501.

10. Karpeshin F.F., Trzhaskovskaya M.B. Impact of the electron environment on the life­time of the 229Thm low-lying isomer // Phys. Rev. C. — 2007. — V. 76. — P. 054313.

11. Seiferle B. et al. Energy of the 229Th nuclear clock transition // Nature. — 2019. — V. 573. — P. 243.

12. Yamaguchi A. et al. Energy of the 229Th Nuclear Clock Isomer Determined by Absolute γ-ray Energy Difference // Phys. Rev. Lett. — V. 123. — P. 222501.

13. Sikorsky T., Geist J. et al. Measurement of the 229Th Isomer Energy with a Mag­netic Microcalorimeter // Phys. Rev. Lett. — 2020. — V. 125. — P. 142503.

14. Войханский М. Е. // Гамма-лучи. — М.-Л.: АН СССР, 1961. — C. 5.

15. Karpeshin F.F., Harston M.R., Attallah F., Chemin J.F., Scheurer J.N., Band I.M., Trzhaskovskaya M.B. Subthreshold internal conversion to bound states in highly ionized 125Te ions // Phys. Rev. — V. 53. — P. 1640.

16. Porsev S.G. et al. Excitation of the Isomeric 229mTh Nuclear State via an Elec­tro­nic Bridge Process in 229Th+ // Phys. Rev. Lett. — 2010. — V. 105. — P. 182501.

17. Seiferle B. Characterization of the 229Th nuclear clock transition, PhD thesis. — München: Ludwig Maximilians Universität, 2019.

18. Karpeshin F.F., Trzhaskovskaya M.B. Impact of the ionization of the atomic shell on the lifetime of the 229mTh isomer // Nucl. Phys. A. — 2018. V. — 969. — 173; Karpeshin F.F., Trzhaskovskaya M.B. A proposed solution for the lifetime puzzle of the 229mTh+ isomer // Nucl. Phys. A. — 2021. — V. 1010. — P. 122173.

19. Müller R. A. et al. // Nucl. Instrum. Meth. Phys. Res. B. — 2017. — V. 408. — 84.

20. Helmer R.G., Reich C.W. An excited state of 229Th at 3.5 eV // Phys. Rev. C. — V. 49. — P. 1845.

21. Karpeshin F.F., Band I.M., Trzhaskovskaya M.B. et al. Optical pumping 229mTh through NEET as a new effective way of producing nuclear isomers // Phys. Lett. B. — 1996. — V. 372. — P. 1; Karpeshin F.F., Band I.M., Trzha­skovskaya M.B. 3.5-eV isomer of 229mTh: how it can be produced // Nucl. Phys. A. — 1999. — V. 654. — P. 579.

22. Von der Wense L. et al. A Laser Excitation Scheme for 229mTh // Rev. Lett. — 2017. — V. 119. — P. 132503.

23. Morita M. Nuclear Excitation by Electron Transition and Its Application to Uranium 235 Separation // Prog. Theor. Phys. — 1973. — V. 49. — P. 1574.

24. Karpeshin F.F., Wycech S., Band I.M., Trzhaskovskaya M.B., Pfützner M., Żylicz J. Rates of transitions between the hyperfine-splitting components of the ground-state and the 3.5 eV isomer in 229Th89+ // Phys. Rе C. — 1998. — V. 57. — P. 3085.

25. Campbell C.J. et al. Single-Ion Nuclear Clock for Metrology at the 19th Decimal Place // Phys. Rev. Lett. — 2012. — V. 108. — P. 120802.

Статья поступила в редакцию: 22.11.2021 г.
Статья прошла рецензирование: 10.01.2022 г.
Статья принята в работу: 19.01.2022 г.

Полные тексты статей доступны в печатных номерах журнала по подписке и при покупке отдельных номеров у издателя.
Спустя два года статьи размещаются в открытом доступе на сайте журнала и в Научной электронной библиотеке eLIBRARY.