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核钟问世:229mTh与87Sr频率比的测量

科学探索万象经验2024-09-10

时间测量一直是人类文明的基本方面,从最初的日晷发展到今天高度精确的原子钟。对更高精度的追求促使科学家探索核钟,这种钟表承诺具有前所未有的准确性。最近发表在《自然》的论文,探讨了 229mTh 同质异能态跃迁与 87Sr 原子钟的频率比,强调了这项研究在精密计量学和基础物理学领域的重要性。

钍-229(229Th)因其异常低能量的同质异能态(称为 229mTh)而在核中独树一帜。该状态的能量约为8 eV,使其可以通过真空紫外(VUV)激光光源进行访问。229mTh同质异能态跃迁涉及从基态(I=5/2)到激发态(I=3/2)的变化,可以使用先进的光谱技术精确测量。

229mTh 用于核钟的潜力在于其窄线宽和高品质因数(Q因数),这些都是实现高精度时间测量的关键。229mTh的跃迁频率已确定为约 2,020,407,384,335 kHz。

锶-87(87Sr)原子钟是目前最精确的时间测量设备之一。这些钟表基于 87Sr 原子的 5s^2 1S_0 和 5s5p^3P_0 状态之间的电子跃迁,发生在约 429,228,004,229,879 Hz 的频率下。87Sr 原子钟的高稳定性和精度使其成为卫星导航系统、互联网同步和基础物理研究等各种应用的理想选择。