使用 229mTh 核同位素跃迁和 87Sr 原子钟的频率比率

核心概念

利用真空紫外频率梳直接激发 229Th 核钟跃迁,并将其与 JILA 87Sr 原子钟进行频率比较,为核钟和原子钟的基础物理研究奠定基础。

摘要

本文报告了使用真空紫外频率梳直接激发 229Th 核钟跃迁,并将其与 JILA 87Sr 原子钟进行频率比较的结果。

首先,研究人员利用真空紫外频率梳激发了 229Th 核钟跃迁,并测量了其绝对频率。他们将基频梳与 JILA 87Sr 原子钟相锁定,并利用飞秒增强腔将基频上转换到第七次谐波的真空紫外范围。这种真空紫外梳建立了核能级和电子能级之间的频率链接,使他们能够直接测量 229Th 核钟跃迁和 87Sr 原子钟的频率比率。

此外,研究人员还精确测量了核四极矩分裂,并提取了该同位素的内在性质。这些结果标志着固态核钟的开端,并首次实现了核钟和原子钟之间的比较,为基础物理研究奠定了基础。

这项工作集精密测量学、超快强场物理学、核物理学和基础物理学于一体。

統計資料

229Th 核钟跃迁的绝对频率
87Sr 原子钟的频率

引述

"这些结果标志着固态核钟的开端,并首次实现了核钟和原子钟之间的比较,为基础物理研究奠定了基础。"
"这项工作集精密测量学、超快强场物理学、核物理学和基础物理学于一体。"

從以下內容提煉的關鍵洞見

Frequency ratio of the 229mTh nuclear isomeric transition and the 87Sr atomic clock - Nature

by Chuankun Zha... 於 www.nature.com 09-04-2024

https://www.nature.com/articles/s41586-024-07839-6

深入探究

如何进一步提高 229Th 核钟的稳定性和准确性,以实现更高精度的基础物理测量?

要提高 229Th 核钟的稳定性和准确性，可以从以下几个方面着手：首先，优化激光系统的性能，特别是真空紫外（VUV）激光源的稳定性和频率精度。通过使用更高品质的光学腔和频率梳，可以减少激光噪声对测量结果的影响。其次，改进固态宿主材料（如CaF2）的质量，以降低环境因素对核钟的影响。此外，进行更精确的量子态分辨光谱学研究，以深入了解229mTh同位素的核结构，从而提高频率测量的准确性。最后，结合量子纠缠和量子干涉等先进技术，可能进一步提升核钟的稳定性和灵敏度。这些措施将有助于实现更高精度的基础物理测量，推动对时间标准的重新定义。

如果将 229Th 核钟与其他原子钟进行比较,会得到什么样的结果?会否发现新的物理现象?

将229Th核钟与其他原子钟（如87Sr原子钟）进行比较，可能会揭示出两者之间的频率比率及其变化。这种比较不仅可以验证现有的物理理论，还可能发现新的物理现象。例如，核钟的低能量核跃迁可能对时间的测量产生不同的影响，尤其是在极端条件下（如强引力场或高能量环境）。此外，核钟与原子钟的比较研究可能揭示出量子效应在不同物理系统中的表现差异，从而为量子物理学提供新的见解。这种跨领域的比较将为基础物理学的研究开辟新的方向。

核钟和原子钟的比较研究对于未来的时间测量和基础物理学有哪些潜在的应用前景?

核钟和原子钟的比较研究在未来的时间测量和基础物理学中具有广泛的应用前景。首先，核钟的高稳定性和准确性可能为全球定位系统（GPS）和其他导航系统提供更精确的时间基准，进而提高定位精度。其次，在基础物理学方面，核钟的研究可能揭示出新的物理常数或量子效应，推动对宇宙基本规律的理解。此外，核钟与原子钟的结合研究可能为量子计算和量子通信等新兴技术提供理论支持，促进量子技术的实际应用。总之，核钟和原子钟的比较研究不仅有助于提高时间测量的精度，还可能为科学界带来新的突破和发现。