23-25 октября в НИЯУ МИФИ проходила международная школа «Перспективные стандарты времени и частоты на атомных и ядерных переходах», целью которой было обсуждение концептуально новых подходов к оптическим стандартам времени и частоты.
Школа была организована Институтом ЛаПлаз НИЯУ МИФИ при финансовой поддержке Российского научного фонда (РНФ). Она объединила признанных экспертов в области прецизионной лазерной спектроскопии, квантовой метрологии, ядерной физики и лазерных технологий, а также молодых исследователей, магистров и аспирантов из ведущих отраслевых, учебных и научных организаций Российской Федерации, а также зарубежных университетов и институтов.
Мероприятие открыл член-корреспондент РАН, директор ФИАН — Николай Колачевский. С обзорным докладом, посвящённым определению единицы времени и частоты, выступил Виталий Пальчиков — главный научный сотрудник Всероссийского научно-исследовательского института физико-технических и радиотехнических измерений (ВНИИФТРИ). От отметил значимость прикладных исследований по разработке ядерного стандарта частоты, а также тот факт, 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.
Несмотря на колоссальную точность, достигнутую на сегодняшний день в современных атомных часах по всему миру, существует широкий спектр концепций для создания подобных устройств следующего поколения, основанных на совершенно разных физических системах. Специальным кандидатом на будущие оптические часы является низкоэнергетическое изомерное состояние тория-229, открывающее дорогу к ядерным часам. Во время проведения школы были определены и обсуждены новые применения прецизионных стандартов частоты и времени, в частности, в отношении проверки гипотезы дрейфа фундаментальных констант во времени, геодезии и квантовой гравиметрии.
С обзорным докладом выступил теоретик Евгений Ткаля — основоположник идеи использования ядер для создания часов. Его доклад был посвящён описанию физических систем, позволяющих провести возбуждение ядер тория-229 в изомерное состояние и значительно увеличить флуоресцентный сигнал, образующийся в результате релаксации изомерного состояния. Такие системы в перспективе позволят получить более точную энергию аномально низколежащего уровня в ядре тория-229.
Смагул Каражанов, руководитель группы Institute for Energy Technology Instituttvein (Норвегия), рассказал о подходах при теоретических исследованиях силиката тория, сформированного при импульсной лазерной имплантации. Данная система является относительно простой с точки зрения экспериментальной реализации и представляет собой ансамбль ионов тория-229, внедренных методом импульсной лазерной имплантации в матрицу оксида тория. Ключевой особенностью такой системы является то, что на ранних стадиях разлета плазменного факела, когда плазму ещё можно считать квазистационарной, ионы тория-229 испытывают большое количество неупругих соударений c окружающими электронами. Этот процесс посредством механизма обратной внутренней электронной конверсии (IEC) может переводить ядро тория-229 в возбужденное состояние. Таким образом, лазерная имплантация открывает уникальную возможность и позволяет совместить сразу два важных процесса — возбуждение изомерных ядер тория-229 и имплантацию в матрицу широкополосного диэлектрика (силиката тория), увеличивая при этом полезный сигнал до нескольких миллионов фотонов в секунду, что является беспрецедентным на сегодняшний день результатом.
Гордостью НИЯУ МИФИ можно назвать выступление профессора Helmut-Schmidt-Universitat Hamburg (Германия), выпускника кафедры №37 Института ЛаПлаз Олега Пронина с лекцией «Обзор генерации частотных гребенок в UV и XUV диапазонах. О возможности генерации XUV гребенок при помощи иттербиевых фемтосекундных тонкодисковых лазеров». С серией замечательных обзорных лекций также выступила профессор University of Delaware Newark (США) Мариана Сафронова. Она сделала доклады на темы: «Тёмная материя», «Поиск изменения фундаментальных констант и тёмной материи с атомными часами», «Поиск нарушения Лоренц-инвариантности с атомными часами».
В Школе также приняли участие ведущие специалисты научных и образовательных организаций: Дильшод Эшмурадов (ТашГТУ, Узбекистан), Парахат Матякубова (ТашГТУ, Узбекистан), Александр Николаев (НИИЯФ МГУ), Александр Шевелько (ФИАН), Владимир Величанский (ФИАН), Алексей Сысоев (НИЯУ МИФИ).
Отдельно стоит отметить обзорный доклад главного научного сотрудника департамента времени и частоты Брауншвейгского физико-технического института Максима Охапкина. 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 партнёров: 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. Максим Охапкин продемонстрировал успехи, достигнутые европейскими коллегами в области создания лазерных систем для спектроскопии электронных и ядерных переходов тория в ионной ловушке, а также результаты последних измерений энергии уникального состояния. Он отметил высокий уровень экспериментальных и теоретических работ, выполняемых группой российских учёных на площадке НИЯУ МИФИ.
Для молодых исследователей Школа дала отличную возможность услышать о самых актуальных фундаментальных и прикладных достижениях в упомянутых областях науки, а также почерпнуть опыт ведущих исследователей и разработчиков в непосредственном общении.