В МИФИ обсудили перспективы создания ядерного стандарта времени и частоты

Институт Лазерных и плазменных технологий (ЛаПлаз) организовал в НИЯУ МИФИ 1-й Международный семинар «Ядерные стандарты частоты» («Nuclear Frequency Standard: State of the Art»), посвященный исследованиям аномально низколежащего изомерного состояния в ядре тория-229 и перспективам создания ядерного стандарта времени и частоты нового поколения.

Ядро изотопа тория-229 в последнее время вызывает все больший интерес научного сообщества, так как является уникальным физическим объектом, обладая единственным известным изомером, чья энергия возбуждения 7.8±0.5 эВ сравнима по величине как с энергиями оптических фотонов, так и с энергиями валентных электронов. Данное обстоятельство определяет перспективы его применения при разработке новых устройств, работающих в ВУФ диапазоне (например, лазера на ядерном переходе), а также в качестве репера стандарта времени и частоты. Необходимые для физических приложений точные характеристики изомерного перехода в тории-229 остаются пока еще “terra incognita” для ученых, поэтому исследования в данной области весьма перспективны и интересны.

В работе семинара приняли участие ведущие ученые, специализирующиеся в области квантовой метрологии, лазерной, ядерной и атомной физики.

Встречу открыл член-корреспондент РАН, директор Физического института им. П.Н. Лебедева РАН (ФИАН) Колачевский Николай Николаевич.

С обзорным докладом, посвященному определению единицы времени и частоты, выступил главный научный сотрудник Всероссийского научно-исследовательского института физико-технических и радиотехнических измерений (ФГУП «ВНИИФТРИ»), профессор НИЯУ МИФИ Пальчиков Виталий Геннадьевич. Им было отмечено, что в настоящее время над решением задач по созданию ядерного стандарта времени и частоты активно работают передовые исследовательские группы в США, Германии, Великобритании и Японии. В России экспериментальные работы проводятся пока только на площадке НИЯУ МИФИ (Институт ЛаПлаз) совместно с ФИАН и ФГУП «ВНИИФТРИ». Именно поэтому доклады сотрудников Института ЛаПлаз вызвали большой интерес у участников семинара.

Исследователи из НИЯУ МИФИ представили результаты разработки многосекционной линейной квадрупольной ловушки для ионов Th3+ на которой была продемонстрирована возможность захвата и удержания ~10³ ионов на макроскопических временах ~30 c. Обсуждались особенности получения многократно заряженных ионов методом лазерной абляции и лазерного охлаждения ионов Th3+.

Заведующий лаборатории электрон-ядерных и молекулярных процессов НИИЯФ МГУ им. Д.В. Скобельцына, профессор НИЯУ МИФИ Евгений Викторович Ткаля, теоретик и основоположник самой идеи использования ядер для создания часов, предложил оригинальный метод возбуждения ядер тория-229, внедренных методом импульсной лазерной имплантации в матрицу широкополосного диэлектрика, увеличивая при этом полезный сигнал до нескольких миллионов фотонов в секунду, что является беспрецедентным на сегодняшний день результатом.

Интересную по содержанию теоретическую работу по атомным часам доложил профессор Новосибирского государственного университета Юдин Валерий Иванович. Им была рассмотрена задача влияния дефекта масс применительно к оптическим атомным часам на ансамблях ультрахолодных ионов в ловушке, который, как оказалось, может приводить к дополнительным частотным сдвигам часовых переходов, что необходимо учитывать при оценке метрологических характеристик.

Отдельно стоит отметить обзорный доклад руководителя департамента времени и частоты Брауншвейгского физико-технического института профессора Эккхарда Пайка. Речь шла о результатах работ европейского консорциума “nuClock”, поддерживаемого ЕС в рамках FET-проекта (FET: Future and Emerging Technologies) и ориентированного на исследование ядерного перехода в тории-229. Консорциум включает 8 крупнейших европейских научных партнеров, таких как PTB (Германия), LMU (Германия), университет Юваскюля (Финляндия), Институт Макса Планка ядерной физики (Германия), Венский университет (Австрия), Институт Макса Планка квантовой оптики (Германия), компания Toptica Photonics. Профессор Пайк рассказал о новых результатах исследований европейских коллег в области создания лазерных систем для спектроскопии электронных и ядерных переходов тория в ионной ловушке. Также им был отмечен высокой уровень экспериментальных и теоретических работ, выполняемых группой российских ученых на площадке НИЯУ МИФИ.

По результатам международного семинара было единогласно поддержано предложение о ежегодном его проведении.