Изучение сверхтонкой структуры иттербия-173 открыло новые горизонты в поиске «новой физики»

Международная группа физиков, представляющая Физико-техническое федеральное ведомство Германии (PTB), Технический университет Брауншвейга и Университет Делавэра, предложила инновационную методику спектроскопии. Этот подход позволил провести детальный анализ внутренней архитектуры ядра иона иттербия-173 (¹⁷³Yb⁺). 

Ионы ¹⁷³Yb⁺ представляют исключительный интерес для квантовых технологий и поисков «новой физики» благодаря своей многоуровневой энергетической структуре. Однако именно эта сложность долгое время оставалась серьезным барьером на пути к их глубокому изучению.

Разработанный метод обеспечил возможность захвата одиночного иона и создания протоколов для подготовки и фиксации его специфических энергетических состояний. Это, в свою очередь, открыло возможности для проведения прецизионной лазерной и микроволновой спектроскопии с беспрецедентным разрешением.

В рамках эксперимента ученые сфокусировались на изучении энергетических сдвигов, возникающих в результате взаимодействия ядра с окружающими его электронами — так называемой сверхтонкой структуры. Сочетание высокоточных измерений с теоретическим моделированием позволило получить принципиально новые сведения о параметрах ядра.

Хотя в упрощенных моделях атомное ядро зачастую представляют как точечный заряд, в действительности оно обладает сложной внутренней структурой, которую крайне трудно зондировать напрямую. В данном случае электронная оболочка послужила своего рода «увеличительным стеклом», позволяя косвенно изучить ядерное устройство. Достоверность результатов была подтверждена сравнительным анализом с изотопом иттербия-171 (¹⁷¹Yb⁺), который имеет идентичную электронную оболочку, но иную конфигурацию ядра.

«Наши результаты демонстрируют, что даже тончайшие ядерные характеристики можно считывать через окружающее электронное облако. Это не только углубляет понимание данного изотопа, но и закладывает фундамент для применения сложных ионов, таких как ¹⁷³Yb⁺, в создании сверхточных атомных часов и проверке фундаментальных физических теорий», — подчеркнул доктор Цзянь Цзян из PTB. Атомные стандарты частоты на базе иттербия отличаются исключительной стабильностью, что делает их незаменимыми для прогресса в навигации, телекоммуникациях и фундаментальной науке.

Источник: iXBT