นาฬิกานิวเคลียร์เข้าใกล้ความเป็นจริงมากขึ้นด้วยการทดลองที่วัดพลังงานของสถานะตื่นเต้นต่ำสุดของนิวเคลียสทอเรียม-229 ด้วยความแม่นยำสูงที่สุดเท่าที่เคยมีมา นาฬิกาที่ยึดตามการเปลี่ยนผ่านระหว่างสถานะนิวเคลียร์ดังกล่าวจะมีความแม่นยำมากกว่านาฬิกาอะตอมที่มีอยู่มาก และจะวางข้อจำกัดที่เข้มงวดมากขึ้นในแบบจำลองมาตรฐานของฟิสิกส์ของอนุภาค นาฬิกาอะตอมจะ “ติ๊ก” ที่ความถี่
ที่กำหนด
โดยการเปลี่ยนผ่านปกติของอิเล็กตรอนภายในอะตอมหรือไอออน ซึ่งวัดโดยเลเซอร์ซึ่งเก็บเสียงสะท้อนกับการเปลี่ยนผ่านเหล่านี้ นาฬิกาอะตอมที่ดีที่สุดในปัจจุบันมีความแม่นยำถึงหนึ่งส่วนใน 10 18ซึ่งหมายความว่านาฬิกาจะช้าลงน้อยกว่าหนึ่งวินาทีหากปล่อยให้เดินต่อไปอีก 13 พันล้านปี (อายุจักรวาล)
อย่างไรก็ตาม นาฬิกาที่อาศัยการเปลี่ยนผ่านของนิวเคลียร์จะมีความแม่นยำมากกว่า เนื่องจากขนาดที่เล็กของนิวเคลียสของอะตอมเมื่อเทียบกับเปลือกอิเล็กตรอนของอะตอม หมายความว่าพฤติกรรมของนิวเคลียสจะได้รับผลกระทบน้อยลงจากสนามแม่เหล็กไฟฟ้าภายนอก
ต่ำเกินไปที่จะตรวจพบ? ผู้สมัครที่มีแนวโน้มว่าจะมีการเปลี่ยนแปลง “นาฬิกา” นิวเคลียร์คือสถานะระหว่างสถานะพื้นของนิวเคลียสทอเรียม-229 และสถานะตื่นเต้นนิวเคลียร์ที่ต่ำที่สุด ทอเรียม-229m สถานะนี้บางครั้งเรียกว่าสถานะไอโซเมอร์เนื่องจากมีอายุการใช้งานยาวนาน และมันถูกค้นพบ
ในปี 1976 ระหว่างการวิเคราะห์โครงสร้างระดับนิวเคลียร์ของทอเรียม ความแตกต่างของพลังงานระหว่างทอเรียม-229 ในสถานะพื้นดินกับทอเรียม-229m ที่ถูกกระตุ้นนั้นน้อยมากจน ไม่สามารถสังเกตเส้นสเปกตรัมที่แยกจากกันสำหรับการเปลี่ยนแปลงโดยใช้เทคโนโลยีที่มีให้ในขณะนั้น
พวกเขาสรุปการมีอยู่ของทอเรียม-229m จากความผิดปกติในการวัด: หนึ่งในพลังงานรังสีแกมมาที่ทำนายโดยทฤษฎีหายไปในสัญญาณที่วัดได้ ตั้งแต่นั้นมา นักฟิสิกส์ได้เรียนรู้ว่าพลังงานกระตุ้นของทอเรียม-229m (และดังนั้นพลังงานของรังสีที่ปล่อยออกมาเมื่อนิวเคลียสของทอเรียมกลับสู่สถานะพื้น)
นั้นต่ำที่สุด
ในสถานะกระตุ้นนิวเคลียร์ทั้งหมด ซึ่งสอดคล้องกับความถี่ใน UV บนมากกว่าบริเวณรังสีแกมมาของสเปกตรัมแม่เหล็กไฟฟ้า ตามแห่ง มหาวิทยาลัยเทคโนโลยีเวียนนาของออสเตรียซึ่งเป็นผู้ริเริ่มความพยายามในการวิจัยครั้งใหม่นี้ ดังนั้นจึงเป็นไปได้ที่จะ “ส่งเสริม” นิวเคลียสของทอเรียมให้เข้าสู่สภาวะ
ที่มีการกระตุ้นต่ำที่สุดได้ง่ายๆ โดยการฉายแสงยูวีไปยังนิวเคลียสด้วยเลเซอร์บนโต๊ะ เมื่อความสำเร็จนี้สำเร็จลุล่วงด้วยวิธีการควบคุม นาฬิกานิวเคลียร์ก็สามารถรับรู้ได้โดยการวัดความถี่การสั่นของนิวเคลียสของทอเรียมในขณะที่มันเปลี่ยนผ่านระหว่างทอเรียม-229 และทอเรียม-229m
การตรวจจับ
“รังสียูวีแกมมา” พลังงานต่ำ สิ่งที่จับได้คือยังไม่ทราบพลังงานของสภาวะกระตุ้นที่มีความแม่นยำสูงพอที่จะกำหนดความยาวคลื่นที่แน่นอนของแสง UV ที่จำเป็นต่อการขับเคลื่อนการเปลี่ยนแปลงดังกล่าว ขณะนี้แห่งมหาวิทยาลัยไฮเดลเบิร์กประเทศเยอรมนี ได้ดำเนินขั้นตอนสำคัญ
ในการเอาชนะปัญหานี้แล้ว พวกเขาทำเช่นนั้นโดยการวัดสเปกโทรสโกปีแกมมา ซ้ำด้วยแกมมาสเปกโตรมิเตอร์แบบใหม่ที่ได้รับการออกแบบมาเป็นพิเศษ: ไมโครแคลอรีมิเตอร์แบบแม่เหล็กที่เย็นลงจนเหลือเศษเสี้ยวขององศาเหนือศูนย์สัมบูรณ์ (-273 °C) ไมโครแคลอรีมิเตอร์นี้เรียกว่า maXs30 ตรวจจับ
“รังสีแกมมา UV” พลังงานต่ำที่ปล่อยออกมาระหว่างการเปลี่ยนจากทอเรียม-229 ม. เป็นทอเรียม-229 โดยเฝ้าติดตามอุณหภูมิที่เพิ่มขึ้นเล็กน้อยที่เกิดขึ้นเมื่อใดก็ตามที่รังสีแกมมาถูกดูดกลืนเข้าไปในอุปกรณ์ ความร้อนที่เพิ่มขึ้นจะเปลี่ยนสภาพแม่เหล็กของเครื่องตรวจจับ จากนั้นการเปลี่ยนแปลงนี้
จะถูกแปลงเป็นสัญญาณไฟฟ้าโดยใช้เครื่องวัดสนามแม่เหล็ก SQUID ซึ่งคล้ายกับที่ใช้เป็นประจำในการตรวจเอกซเรย์ด้วยคลื่นสนามแม่เหล็กการวัดที่ท้าทายแม้ว่าเทคนิคจะคล้ายกับที่ใช้ในการศึกษาก่อนหน้านี้ แต่การวัดแบบใหม่ที่รายงานได้ให้ค่าที่ถูกต้องมากขึ้นสำหรับพลังงานทอเรียม-229m
ด้วยความละเอียดของแคลอรีมิเตอร์ นักวิจัยยังใช้ความพยายามอย่างมากในการ “ล้าง” ตัวอย่างทอเรียม-229 ของพวกเขา พวกเขาได้ตัวอย่างมาโดยใช้เทคนิคที่สร้างขึ้นจากการสลายตัวแบบแอลฟาของกัมมันตภาพรังสียูเรเนียม-233 กระบวนการสลายตัวนี้สร้างนิวเคลียสของทอเรียม-229 ในสถานะต่างๆ
รวมถึงทอเรียม-229m และมาพร้อมกับการปล่อยรังสีแกมมาหลายตัว ซึ่งแต่ละนิวเคลียสสอดคล้องกับการเปลี่ยนแปลงระหว่างระดับนิวเคลียร์เฉพาะของทอเรียม-229 พลังงานของทอเรียม-229m สามารถคำนวณได้โดยการลบพลังงานที่วัดได้ของเส้นรังสีแกมมาที่เหมาะสม
เพื่อให้การตรวจวัดดังกล่าวเป็นไปได้ ตัวอย่างยูเรเนียม-233 ที่ผลิตโดยทีมงานที่มหาวิทยาลัย ต้องได้รับการบำบัดทางเคมีก่อนเพื่อกำจัดผลิตภัณฑ์ที่ผุพัง “ลูกสาว” ทั้งหมดที่สะสมไว้เมื่อเวลาผ่านไป นักวิจัยยังได้กำจัดไอโซโทปรังสีที่ไม่ต้องการออก ซึ่งการสลายตัวของไอโซโทปรังสีนี้สามารถ
สร้างพื้นหลังที่ไม่ต้องการในสัญญาณที่พวกเขาต้องการวัดได้ จากนั้นจึงออกแบบแหล่งกำเนิดและภาชนะบรรจุตัวอย่างในรูปทรงเรขาคณิตพิเศษที่ลดการรบกวนใดๆ ต่อสัญญาณที่อ่อนเมื่อเดินทางจากตัวอย่างไปยังเครื่องวัดความร้อน นักวิจัยอธิบายถึงข้อควรระวังทั้งหมดนี้ เนื่องจากมีเพียงหนึ่ง
ใน 10,000 กระบวนการสลายตัวเท่านั้นที่สร้างสัญญาณที่มีประโยชน์สำหรับการระบุพลังงานทอเรียม-229m ค่าที่แม่นยำที่สุดในที่สุด การทำงานอย่างหนักนี้ก็ได้รับผลตอบแทน: ผลลัพธ์ของทีมแสดงถึงค่าพลังงานของสถานะไอโซเมอร์ที่แม่นยำที่สุดเท่าที่เคยวัดมาได้ที่ 8.10(17) eV
credit : สล็อตเว็บตรง100 / ดูหนังฟรี / 50รับ100
