Оптические часы, основанные на двухфотонной спектроскопии ядерного перехода в ионе 229Th в монохроматическом поле

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

Для изотопа 229Th мы исследуем возможность двухфотонной лазерной спектроскопии ядерного часового перехода (148.38 нм) с использованием интенсивного монохроматического лазерного излучения на удвоенной длине волны (296.76 нм). Наши оценки показывают, что с использованием механизма электронного мостика в двукратно ионизованном ионе 229Th2+ будет достаточно интенсивности непрерывного излучения порядка 10–100 кВт/см2, что лежит в пределах досягаемости современных лазерных систем. Такая уникальная возможность обусловлена наличием в электронном спектре иона 229Th2+ исключительно близкого промежуточного (для двухфотонного перехода) уровня, формирующего сильный дипольный (E1) переход с основным состоянием на длине волны 297.86 нм, которая всего лишь на 1.1 нм отличается от длины волны пробного поля (296.76 нм). Полученные результаты могут быть использованы для практического создания ультра-прецизионных ядерных оптических ядерных часов на основе ионов тория-229 без использования вакуумного ультрафиолета. Кроме того, мы развиваем альтернативный подход к описанию явления электронного мостика в изолированном ионе (атоме) через оператор сверхтонкого взаимодействия, что является важным для общей квантовой теории атома. В частности, такой подход показывает, что вклад в электронный мостик от ядерного квадрупольного момента может быть сопоставим со вкладом от магнитного момента ядра.

Об авторах

В. И Юдин

Институт лазерной физики Сибирского отделения РАН; Новосибирский государственный университет; Новосибирский государственный технический университет

Email: viyudin@mail.ru
Новосибирск, Россия; Новосибирск, Россия; Новосибирск, Россия

А. В Тайченачев

Институт лазерной физики Сибирского отделения РАН; Новосибирский государственный университет

Новосибирск, Россия; Новосибирск, Россия

О. Н Прудников

Институт лазерной физики Сибирского отделения РАН; Новосибирский государственный университет

Новосибирск, Россия; Новосибирск, Россия

М. Ю Басалаев

Институт лазерной физики Сибирского отделения РАН; Новосибирский государственный университет; Новосибирский государственный технический университет

Новосибирск, Россия; Новосибирск, Россия; Новосибирск, Россия

А. Н Гончаров

Институт лазерной физики Сибирского отделения РАН; Новосибирский государственный университет

Новосибирск, Россия; Новосибирск, Россия

С. В. Чепуров

Институт лазерной физики Сибирского отделения РАН

Новосибирск, Россия

В. Г. Пальчиков

Всероссийский научно-исследовательский институт физико-технических и радиотехнических измерений; Национальный исследовательский ядерный университет “МИФИ”

Менделеево, Россия; Москва, Россия

Список литературы

  1. F. Riehle, Frequency Standards: Basics and Applications, Wiley-VCH, Weinheim (2005).
  2. N. Hinkley, J. A. Sherman, N. B. Phillips, M. Schioppo, N.D. Lemke, K. Beloy, M. Pizzocaro, C. W. Oates, and A.D. Ludlow, Science 341, 1215 (2013).
  3. N. Huntemann, C. Sanner, B. Lipphardt, C. Tamm, and E. Peik, Phys. Rev. Lett. 116, 063001 (2016).
  4. S. M. Brewer, J.-S. Chen, A. M. Hankin, E. R. Clements, C. W. Chou, D. J. Wineland, D. B. Hume, and D. R. Leibrandt, Phys. Rev. Lett. 123, 033201 (2019).
  5. A. Aeppli, K. Kim, W. Warfield, M. S. Safronova, and J. Ye, Phys. Rev. Lett. 133, 023401 (2024).
  6. H. N. Hausser, J. Keller, T. Nordmann et al. (Collaboration), Phys. Rev. Lett. 134, 023201 (2025).
  7. M. Kozlov, M. Safronova, J. R. Crespo L´opez-Urrutia, and P. Schmidt, Rev. Mod. Phys. 90, 045005 (2018).
  8. C. Lyu, C. H. Keitel, and Z. Harman, Commun. Phys. 8, 3 (2025).
  9. Е. В. Ткаля, УФН 173, 323 (2003).
  10. E. V. Tkalya, JETP Lett. 55, 211 (1992).
  11. E. Peik and Chr. Tamm, Europhys. Lett. 61, 181 (2003).
  12. C. J. Campbell, A. G. Radnaev, A. Kuzmich, V. A. Dzuba, V. V. Flambaum, and A. Derevianko, Phys. Rev. Lett. 108, 120802 (2012).
  13. G. A. Kazakov, A. N. Litvinov, V. I. Romanenko, L. P. Yatsenko, A. V. Romanenko, M. Schreitl, G. Winkler, and T. Schumm, New J. Phys. 14, 083019 (2012).
  14. R. G. Helmer and C. W. Reich, Phys. Rev. C 49, 1845 (1994).
  15. Z. O. Guimaraes-Filho, Phys. Rev. C 71, 044303 (2005).
  16. B. R. Beck, J. A. Becker, P. Beiersdorfer, G. V. Brown, K. J. Moody, J. B. Wilhelmy, F. S. Porter, C. A. Kilbourne, and R. L. Kelley, Phys. Rev. Lett. 98, 142501 (2007).
  17. B. R. Beck, J. A. Becker, P. Beiersdorfer, G. V. Brown, K. J. Moody, C. Y. Wu, J. B. Wilhelmy, F. S. Porter, C. A. Kilbourne, and R. L. Kelley, Lawrence Livermore National Laboratory Report No. LLNL-PROC-415170 (2009); https://ebit.llnl.gov/publications.
  18. B. Seiferle, L. von der Wense, P. V. Bilous, I. Amersdorffer, C. Lemell, F. Libisch, S. Stellmer, T. Schumm, C. E. D¨ullmann, A. P´alffy, and P. G. Thirolf, Nature 573, 243 (2019).
  19. A. Yamaguchi, H. Muramatsu, T. Hayashi, N. Yuasa, K. Nakamura, M. Takimoto, H. Haba, K. Konashi, M. Watanabe, H. Kikunaga, K. Maehata, N. Y. Yamasaki, and K. Mitsuda, Phys. Rev. Lett. 123, 222501 (2019).
  20. T. Sikorsky, J. Geist, D. Hengstler, S. Kempf, L. Gastaldo, C. Enss, C. Mokry, J. Runke, C. E. D¨ullmann, P. Wobrauschek, K. Beeks, V. Rosecker, J. H. Sterba, G. Kazakov, T. Schumm, and A. Fleischmann, Phys. Rev. Lett. 125, 142503 (2020).
  21. S. Kraemer, J. Moens, M. Athanasakis-Kaklamanakis et al. (Collaboration), Nature 617, 706 (2023).
  22. J. Tiedau, M. V. Okhapkin, K. Zhang et al. (Collaboration), Phys. Rev. Lett. 132, 182501 (2024).
  23. R. Elwell, Chr. Schneider, J. Jeet, J. E. S. Terhune, H. W. T. Morgan, A. N. Alexandrova, H. B. Tran Tan, A. Derevianko, and E. R. Hudson, Phys. Rev. Lett. 133, 013201 (2024).
  24. C. Zhang, T. Ooi, J. S. Higgins, J. F. Doyle, L. von der Wense, K. Beeks, A. Leitner, G. A. Kazakov, P. Li, P. G. Thirolf, T. Schumm, and J. Ye, Nature 633, 63 (2024).
  25. C. Zhang, L. von der Wense, J. F. Doyle, J. S. Higgins, T. Ooi, H. U. Friebel, J. Ye, R. Elwell, J. E. S. Terhune, H. W. T. Morgan, A. N. Alexandrova, H. B. Tran Tan, A. Derevianko, and E. R. Hudson, Nature 636, 603 (2024).
  26. S. G. Porsev, V. V. Flambaum, E. Peik, and C. Tamm, Phys. Rev. Lett. 105, 182501 (2010).
  27. R. A. M¨uller, A. V. Volotka, and A. Surzhykov, Phys. Rev. A 99, 042517 (2019).
  28. P. V. Borisyuk, N. N. Kolachevsky, A. V. Taichenachev, E. V. Tkalya, I. Yu. Tolstikhina, and V. I. Yudin, Phys. Rev. C 100, 044306 (2019).
  29. N.-Q. Cai, G.-Q. Zhang, C.-B. Fu, and Y.-G. Ma, Nucl. Sci. Tech. 32, 59 (2021).
  30. F. F. Karpeshin, Physics of Atomic Nuclei 87, 586 (2024).
  31. V. A. Krutov and V. N. Fomenko, Ann. der Phys. 21, 291 (1968).
  32. D. Hinneburg, M. Nagel, and G. Brunner, Z. Phys. A 291, 113 (1979).
  33. D. Hinneburg, Z. Phys. A 300, 129 (1981).
  34. V. F. Strizhov and E. V. Tkalya, Sov. Phys. JETP 72, 387 (1991).
  35. Д. А. Варшалович, В. К. Херсонский, Е. В. Орленко, А. Н. Москалев, Квантовая теория углового момента и ее приложения, Физматлит, М. (2017).
  36. K. Beeks, T. Sikorsky, T. Schumm, J. Thielking, M. V. Okhapkin, and E. Peik, Nature Rev. Phys. 3, 238 (2021).
  37. A. Yamaguchi, Y. Shigekawa, H. Haba, H. Kikunaga, K. Shirasaki, M. Wada, and H. Katori, Nature 629, 62 (2024).
  38. Atomic Spectra Database, NIST Standard Reference Database, DOI: https://dx.doi.org/10.18434/T4W30F.
  39. V. I. Yudin, A. V. Taichenachev, C. W. Oates, Z. W. Barber, N. D. Lemke, A. D. Ludlow, U. Sterr, Ch. Lisdat, and F. Riehle, Phys. Rev. A 82, 011804(R) (2010).
  40. N. Huntemann, B. Lipphardt, M. Okhapkin, Chr. Tamm, E. Peik, A. V. Taichenachev, and V. I. Yudin, Phys. Rev. Lett. 109, 213002 (2012).
  41. R. Hobson, W. Bowden, S. A. King, P. E. G. Baird, I. R. Hill, and P. Gill, Phys. Rev. A 93, 010501(R) (2016).
  42. T. Zanon-Willette, R. Lefevre, R. Metzdorff, N. Sillitoe, S. Almonacil, M. Minissale, E. de Clercq, A. V. Taichenachev, V. I. Yudin, and E. Arimondo, Rep. Prog. Phys. 81, 094401 (2018).
  43. Ch. Sanner, N. Huntemann, R. Lange, Ch. Tamm, and E. Peik, Phys. Rev. Lett. 120, 053602 (2018).
  44. V. I. Yudin, A. V. Taichenachev, M. Yu. Basalaev, T. Zanon-Willette, J. W. Pollock, M. Shuker, E. A. Donley, and J. Kitching, Phys. Rev. Appl. 9, 054034 (2018).
  45. M. S. Safronova and U. I. Safronova, Phys. Rev. A 87, 062509 (2013).

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать

© Российская академия наук, 2025

Согласие на обработку персональных данных

 

Используя сайт https://journals.rcsi.science, я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных») даю согласие на обработку персональных данных на этом сайте (текст Согласия) и на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика» (текст Согласия).