Optischer Zugang zum niedrigsten Kernübergang in 229Th

In der Kernphysik ist der erste angeregte Zustand von ²²⁹Th der energetisch niedrigste bekannte überhaupt und gleichzeitig derjenige, dessen Energie am genauesten definiert ist, lange Jahre wurde dieser Wert mit (3,5 ±1,0 eV) angegeben. Kürzlich wurde die Übergangsenergie nachgemessen und musste revidiert werden: Sie liegt nun bei 7,6 ±0,5 eV [1]. Die dazugehörende Wellenlänge von 163 ±11 nm im tiefen UV-Bereich bedeutet, dass dieser Übergang mit optischen Methoden gerade noch zu untersuchen ist.

Der angeregte Zustand "lebt" mit 1-5 Stunden sehr lange und besitzt dadurch (und durch seine geringe Anregungsenergie) eine ungeheuer scharf definierte relative Linienbreite von nur 10^-20. Damit eignet sich dieser Übergang prinzipiell als Werkzeug für eine Kernuhr, die eine ultragenaue Zeitmessung mit optischen Methoden erlaubt und weit exakter funktioniert als die heute üblichen Atomuhren. Mehr noch, mit einer solchen Uhr lassen sich in manchen Modellen vorhergesagte zeitliche Veränderungen von Natur’konstanten’ mit einer um Größenordnungen höheren Genauigkeit als bisher untersuchen. Bevor man dies allerdings ausnutzen kann, muss die bisherige Genauigkeit der Kenntnis der Anregungsenergie im ²²⁹Th (7.6 eV, bzw. 163 nm) allerdings noch deutlich gesteigert werden, um mit einer direkten optischen Anregung mit einem geeigneten Laser diesen exotischen Kernübergang kontrollieren zu können. Daran wird derzeit in Garching gearbeitet. In folgenden Experimentschritten wird man dann ²²⁹Th³⁺-Ionen verwenden, deren atomare Energieniveaus sehr gut geeignet sind, und eignen sich deshalb hervorragend, um die Voraussetzungen für eine optische Erzeugung und Steuerung des Übergangs von 7,6 eV zu testen.
Im MLL in Garching steht eine Anlage, die ²²⁹Th-Teilchen im angeregten Zustand aus dem radioaktiven Zerfall von ²³³U-Kernen erzeugen und von begleitenden Untergrundkomponenten trennen kann.