Прямое экспериментальное обнаружение нового явления высокоэнергетичной атомной изомерии

В этом году в журнале Nature вышла статья, соавторами которой являются профессор нашей кафедры Юрий Николаевич Новиков, а также два выпускника физического факультета СПбГУ:
	R. X. Schüssler, H. Bekker, M. Braß, H. Cakir, J. R. Crespo López-Urrutia, M. Door, P. Filianin, Z. Harman, M. W. Haverkort, W. J. Huang, P. Indelicato. С.H. Keitel, C. M. König,, K. Kromer, M. Mueller,. Y. N. Novikov, A. Rischka, C. Schweiger, S. Sturm, S. Ulmer, S. Eliseev & K. Blaum. “Detection of metastable electronic states by Penning trap mass spectrometry”, Nature 581 (2020) 42-46.
Мы поздравляем наших коллег с этим достижением! Ниже представлено описание ключевых моментов полученного результата.
В системе PENTATRAP, запущенной в 2018 году в институте Макса Планка по ядерной физике в Гейдельберге (Германия) с участием лаборатории физики экзотических ядер ПИЯФ и кафедры ядерно-физических методов исследования СПбГУ, наблюдалось состояние иона ¹⁸⁷Re²⁹⁺, живущее дольше суток и имеющее необычайно высокую энергию возбуждения 202 ± 2 эВ. Установка, на которой была выполнена работа, позволяет существенно подавить систематическую неопределённость, и определить полную относительную ошибку измерения массы нуклида до рекордной величины 10^-11. Тщательный теоретический анализ показал, что полученные экспериментальные величины энергии и времени жизни обнаруженного состояния могут объясняться попаданием спина внешнего электрона в «спиновую ловушку», приводящим к сильному запрету распада уровня. Подтверждением правильности такой интерпретации послужило обнаружение аналогичного состояния в ионе ¹⁸⁷Os³⁰⁺ с энергией 207 ± 3 эВ, имеющего ту же изоэлектронную структуру. Выполненный эксперимент закладывает базу для нового направления – долгоживущей высокоэнергетичной атомной спектрометрии. С одной стороны, это может представить интерес в физике за пределами Стандартной Модели микромира через её составляющую – квантовую электродинамику, которая весьма чувствительна к процессам с очень высоким запретом к разрядке. С другой стороны, обнаруженная метастабильность привлекает внимание в силу практического приложения. Обнаруженные изомеры обладают большим значением отношения частоты перехода к его ширине, превосходящего на много порядков эту величину для всех известных эталонов частоты (см. рисунок). Поэтому найденные изомерные уровни, наряду с другими долгоживущими ионными состояниями, которые ещё предстоит открыть, могут рассматриваться как самые точные частотомеры (эталонные часы), играющие важную роль в навигационных процессах.