Оптические часы, основанные на двухфотонной спектроскопии ядерного перехода в ионе $^{229}$Th в монохроматическом поле

Для изотопа $^{229}$Th мы исследуем возможность двухфотонной лазерной спектроскопии ядерного часового перехода (148.38 нм) с использованием интенсивного монохроматического лазерного излучения на удвоенной длине волны (296.76 нм). Наши оценки показывают, что с использованием механизма электронного мостика в двукратно ионизованном ионе $^{229}$Th$^{2+}$ будет достаточно интенсивности непрерывного излучения порядка 10–100 кВт/см$^2$, что лежит в пределах досягаемости современных лазерных систем. Такая уникальная возможность обусловлена наличием в электронном спектре иона $^{229}$Th$^{2+}$ исключительно близкого промежуточного (для двухфотонного перехода) уровня, формирующего сильный дипольный ($E1$) переход с основным состоянием на длине волны 297.86 нм, которая всего лишь на 1.1 нм отличается от длины волны пробного поля (296.76 нм). Полученные результаты могут быть использованы для практического создания ультра-прецизионных ядерных оптических ядерных часов на основе ионов тория-229 без использования вакуумного ультрафиолета. Кроме того, мы развиваем альтернативный подход к описанию явления электронного мостика в изолированном ионе (атоме) через оператор сверхтонкого взаимодействия, что является важным для общей квантовой теории атома. В частности, такой подход показывает, что вклад в электронный мостик от ядерного квадрупольного момента может быть сопоставим со вкладом от магнитного момента ядра.