Los científicos utilizan relojes atómicos para medir los “segundos”, la unidad de tiempo estándar más pequeña, con gran precisión. Estos relojes utilizan las oscilaciones naturales de los electrones en los átomos, como los péndulos de los viejos relojes de pie. La búsqueda de un cronometrador más preciso llevó a la invención del reloj atómico, que utiliza las transiciones de los núcleos atómicos en lugar de los electrones para mantener el tiempo.
Un competidor cada vez mayor para el desarrollo de relojes ópticos atómicos ultraprecisos es el primer estado atómico excitado. 229isótopo m. Su larga vida media es de 103 Los segundos de unos pocos electronvoltios y la baja energía de excitación lo hacen ideal para la excitación mediante láseres VUV, proporcionando una transición de referencia precisa para los relojes atómicos. Además, los relojes atómicos también se pueden utilizar como dispositivos compactos de metrología de estado sólido y en investigaciones de física fundamental. Para explorar aplicaciones potenciales 229Es esencial una comprensión detallada de sus propiedades fundamentales, como isómeros, energías isoméricas, vidas medias y cinética de excitación y desintegración.
Trabajando en esta dirección, Takahiro Hiraki, profesor asistente de la Universidad de Okayama en Japón, y su equipo, incluidos Akihiro Yoshimi y Koji Yoshimura, han desarrollado una configuración experimental para evaluar poblaciones de forma eficaz. 229Identificar el estado isomérico y su desintegración radiactiva. En su último estudio, publicado en Nature Communications el 16 de julio de 2024, sintetizaron 229CaF transparente VUV dopado con Th2 Cristales y demuestra la capacidad de controlarlos. 229Población de estados isoméricos mediante rayos X. “Nuestro equipo está trabajando en física fundamental utilizando átomos y láseres. 229Para ello, es necesario regular los estados de excitación y desexcitación del núcleo. En esta investigación, hemos controlado con éxito los estados atómicos utilizando rayos X, lo que nos acerca un paso más a la creación de un reloj atómico”, dijo el profesor asistente Hiraki al explicar la motivación detrás de su investigación.
Para investigar la desintegración radiativa (desexcitación), el equipo generó excitación a partir del estado fundamental. 229Núcleo en estado isómero a través de un segundo estado excitado utilizando un haz de rayos X resonante. Fueron encontrados dopados. 229Tras la emisión de un fotón VUV, el núcleo decae radiativamente hasta el estado fundamental.
Uno de los hallazgos clave fue la rápida decadencia de los estados de los isómeros tras la exposición a la radiación de rayos X y el efecto de “extinción de rayos X”, que reduce la población de isómeros según la demanda. Los investigadores creen que esta extinción controlada podría avanzar en el desarrollo de relojes atómicos, así como en otras aplicaciones potenciales, como sensores de gravedad portátiles y sistemas GPS de alta precisión.
Haciendo hincapié en el potencial del reloj óptico atómico, el profesor asistente Hiraki dijo: “Cuando se complete el desarrollo del reloj atómico, nos permitirá probar si las ‘constantes físicas’, particularmente las constantes de estructura fina, que antes se creía que permanecían sin cambios, “Podría cambiar. Si se observa la variación temporal de las constantes físicas a lo largo del tiempo, podría conducir a una explicación de la energía oscura, uno de los mayores misterios del universo”.