科技日?qǐng)?bào)記者 張佳欣
據(jù)日本理化學(xué)研究所（RIKEN）官網(wǎng)最新消息，該機(jī)構(gòu)量子計(jì)量實(shí)驗(yàn)室的物理學(xué)家在使用激光設(shè)計(jì)核鐘方面取得突破：成功捕獲了釷-229離子，特別是帶有3個(gè)正電荷的釷-229離子，并使用激光精確測(cè)量了它們的衰變壽命。找到合適的元素并測(cè)量其核衰變壽命是研制核鐘的關(guān)鍵。
目前最先進(jìn)的光學(xué)原子鐘計(jì)時(shí)極為精確，即使經(jīng)過(guò)宇宙年齡兩倍的時(shí)間，其誤差還不到1秒。但現(xiàn)在，許多研究人員正將目光投向下一代超精密計(jì)時(shí)器——核鐘。這種時(shí)鐘有望幫助科學(xué)家揭示新的物理學(xué)現(xiàn)象，如暗物質(zhì)。
核鐘的精度要比光學(xué)原子鐘高10倍，這主要是因?yàn)樵雍藢?duì)外部電磁場(chǎng)和溫度波動(dòng)的敏感度遠(yuǎn)低于電子。但激發(fā)原子核所需的能量遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)傳統(tǒng)激光的輸出。不過(guò)，釷-229原子核是個(gè)例外。它在原子核中是個(gè)“異類(lèi)”，具有異常低的激發(fā)能量，甚至低到可通過(guò)真空紫外激光來(lái)激發(fā)。
捕獲三電荷釷-229離子是開(kāi)發(fā)核鐘的有前景的方法。這種釷離子有一個(gè)優(yōu)勢(shì)，即可通過(guò)激光進(jìn)行冷卻。它們?cè)诩す庹丈湎聲?huì)發(fā)出熒光，因此也很容易檢測(cè)到。但在將三電荷釷-229離子用于核鐘之前，需要準(zhǔn)確測(cè)量其原子核衰變壽命等關(guān)鍵參數(shù)。RIKEN量子計(jì)量實(shí)驗(yàn)室研究人員通過(guò)從鈾中創(chuàng)建三電荷釷-229異構(gòu)體離子，并用激光探測(cè)它們，實(shí)現(xiàn)了這一目標(biāo)。
研究證明，新創(chuàng)建的離子捕獲系統(tǒng)可捕獲由鈾產(chǎn)生的三電荷釷-229離子。最終測(cè)得的釷-229離子的衰變壽命約為1400秒，處于合適范圍內(nèi)。研究人員表示，如果壽命太長(zhǎng)，就無(wú)法測(cè)量；如果壽命太短，就無(wú)法利用這些離子來(lái)制造高精度核鐘。1400秒對(duì)于核鐘應(yīng)用來(lái)說(shuō)是非常理想的壽命。
目前，團(tuán)隊(duì)正將焦點(diǎn)轉(zhuǎn)向開(kāi)發(fā)一種可用于實(shí)現(xiàn)核鐘的新型激光。
