Камертон, вырезанный из идеального металла, звенит на одной-единственной частоте. Его звук чист, как математическая формула. Но стоит зажать его в тисках или окунуть в вязкую жидкость — и тон расплывается, обрастает шумами, теряет остроту. Примерно так же ведёт себя ядро скандия-45, когда его помещают в кристаллическую решётку. В свободном состоянии переход между основным состоянием и изомером с энергией 12,4 кэВ имеет естественную ширину линии всего 1,4 фемтоэлектронвольта. Это означает, что резонанс невероятно узок: его добротность (отношение энергии перехода к ширине линии) достигает $10^{19}$. Если бы такой точностью обладала линейка, расстояние от Земли до Солнца можно было бы измерить с погрешностью в один атом.

Однако в реальном кристалле идеальный камертон заглушается. Неоднородное уширение — разброс резонансных частот из-за дефектов, примесей и локальных полей — размывает линию. До сих пор никто не знал, насколько сильно. Эксперимент на European XFEL дал первый количественный ответ. Рентгеновский лазер возбуждал ядра скандия-45 в металлической фольге и в кристаллах Sc, ScN, Sc2O3, ScAlMgO4 при температуре 20 К. Детекторы следили за фотонами, испущенными с задержкой от микросекунд до сотен миллисекунд. Отдельный детектор с затвором искал когерентное рассеяние вперёд — синхронное переизлучение фотонов в том же направлении, которое возникает, если ядра колеблются согласованно, как струны одного оркестра.

Сигнала не было. После 2 миллисекунд задержки когерентное рассеяние вперёд отсутствовало при любой настройке. Это означает, что время декогеренции меньше 2 мс, а неоднородное уширение превышает 500 естественных ширин. Иными словами, кристаллическое окружение размывает резонанс в сотни раз сильнее, чем фундаментальный предел. Моделирование подтвердило: при таком уширении ожидаемый сигнал находится на пределе чувствительности установки.

Но не всё потеряно. Впервые удалось наблюдать упругое рассеяние на энергии перехода 12,4 кэВ с отношением сигнал/шум около 4. Из отношения скоростей счёта упругого канала и флуоресценции получен парциальный коэффициент внутренней конверсии для K-оболочки: 390(60), что согласуется с теоретическим значением 363. Это говорит о том, что ядерный переход действительно возбуждается и распадается, но когерентность быстро разрушается. До работы было неизвестно, можно ли вообще наблюдать когерентное рассеяние вперёд от этого изомера в кристалле. Теперь ясно: в исследованных материалах — нет, уширение слишком велико.

Результат очерчивает границы для будущих твердотельных ядерных часов. Чтобы камертон зазвучал чисто, нужны кристаллы с кубической симметрией, минимальным количеством дефектов и защитой от радиационных повреждений. Возможно, помогут методы динамического сужения линии с помощью радиочастотных полей. Если удастся наблюдать когерентное рассеяние вперёд, откроется путь к фемтоэлектронвольтной спектроскопии в жёстком рентгеновском диапазоне и к выбору оптимальных матриц для ядерных часов. Пока же скандий-45 в простых кристаллах напоминает камертон, зажатый в тисках: его тон ещё слышен, но чистота потеряна.