伽馬射線激光器有新進(jìn)展

據(jù)美國(guó)物理學(xué)家組織網(wǎng)5月2日?qǐng)?bào)道，莫斯科大學(xué)核物理專家最近提出了一種新方案，并從理論上證明，釷原子核受激產(chǎn)生的伽馬輻射也能發(fā)出相干“可見”光。這令長(zhǎng)期以來，建造原子核伽馬激光器的難題有了新進(jìn)展。

在通常物質(zhì)中，處于低能級(jí)的原子數(shù)大于處于高能級(jí)的粒子數(shù)，為了得到激光，必須使高能級(jí)上的粒子數(shù)目大于低能級(jí)上的原子數(shù)目，這種情況稱為粒子數(shù)反轉(zhuǎn)。在普通激光中，粒子數(shù)反轉(zhuǎn)是讓高能態(tài)電子比低能態(tài)電子多。普通激光的光子由原子或離子發(fā)出，而伽馬射線激光的光子是由原子核發(fā)出，也稱為原子核光。

原子核伽馬射線激光盡管也是以受激輻射為基礎(chǔ)，但操作起來卻和普通激光大不相同。原子核光的產(chǎn)生至少要克服兩個(gè)基本難題：一是積累一定量的同質(zhì)異能原子核（能長(zhǎng)時(shí)間保持激發(fā)態(tài)的原子核），二是縮小伽馬射線發(fā)射界限。莫斯科大學(xué)核物理學(xué)院的尤金?塔卡利亞解釋說，他們利用釷元素的獨(dú)特原子核結(jié)構(gòu)，滿足了這些要求，與外部激光的光子直接反應(yīng)的是釷原子核，而不是它的電子。

研究小組使用了一種鋰―鈣―鋁―氟（LiCaAlF6）混合物，并用釷替代了其中一些鈣。當(dāng)足夠數(shù)量的同質(zhì)異能釷原子核被外部激光激發(fā)后，原子核跟周圍的電磁場(chǎng)發(fā)生反應(yīng)，產(chǎn)生了粒子數(shù)反轉(zhuǎn)，使整個(gè)系統(tǒng)中激發(fā)態(tài)的原子核多于非激發(fā)態(tài)原子核。然后，原子核能夠發(fā)射或吸收光子而不會(huì)反沖，能發(fā)光而不會(huì)損失能量。

塔卡利亞表示，該研究中的原子核伽馬射線激光只能發(fā)射“可見的”真空紫外光或稱視覺范圍的伽馬射線。其應(yīng)用之一是，可作為原子核頻率的度量標(biāo)準(zhǔn)，即“原子核鐘”。此外，該設(shè)備還可用以測(cè)試許多自然界的基本屬性，如衰變指數(shù)定律和精細(xì)結(jié)構(gòu)常數(shù)的變化效應(yīng)等。