| Project/Area Number |
21H04473
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (A)
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Medium-sized Section 15:Particle-, nuclear-, astro-physics, and related fields
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| Research Institution | Okayama University |
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Principal Investigator |
吉村 浩司 岡山大学, 異分野基礎科学研究所, 教授 (50272464)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
北尾 真司 京都大学, 複合原子力科学研究所, 准教授 (00314295)
菊永 英寿 東北大学, 先端量子ビーム科学研究センター, 准教授 (00435645)
重河 優大 国立研究開発法人理化学研究所, 仁科加速器科学研究センター, 特別研究員 (60845626)
笠松 良崇 大阪大学, 大学院理学研究科, 教授 (70435593)
山口 敦史 国立研究開発法人理化学研究所, 開拓研究本部, 専任研究員 (70724805)
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| Project Period (FY) |
2021-04-05 – 2025-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2024)
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| Budget Amount *help |
¥42,250,000 (Direct Cost: ¥32,500,000、Indirect Cost: ¥9,750,000)
Fiscal Year 2024: ¥6,240,000 (Direct Cost: ¥4,800,000、Indirect Cost: ¥1,440,000)
Fiscal Year 2023: ¥8,320,000 (Direct Cost: ¥6,400,000、Indirect Cost: ¥1,920,000)
Fiscal Year 2022: ¥10,790,000 (Direct Cost: ¥8,300,000、Indirect Cost: ¥2,490,000)
Fiscal Year 2021: ¥16,900,000 (Direct Cost: ¥13,000,000、Indirect Cost: ¥3,900,000)
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| Keywords | 原子核時計 / トリウム / レーザーによる原子核操作 / 真空紫外レーザー分光 / 物理定数の時間変化 / 物理定位数の時間変化 / 核共鳴散乱 / イオントラップ / レーザ－による原子核操作 |
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| Outline of Research at the Start |
トリウムの同位体Th-229はすべての原子核の中で唯一 8 eV程度の励起準位（アイソマー準位）を持ち、レーザー光で励起可能な原子核として注目を集めている。本研究では、我々が確立した Th-229基底状態からアイソマー準位を生成することが可能な「能動的アイソマー生成法」を基軸として、放射化学的手法による核壊変の解明、イオントラップによる操作、および真空紫外レーザー分光技術を加えた、国内の4つの関連研究・技術を結集することにより、世界に先駆けてレーザーによる原子核操作を実現するとともに、その過程で得られた知見をもとに、原子核時計実現に向けたブレークスルーを達成することを目標にする。
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、以下のような研究項目に対して、段階的かつ相互に連携しながら研究をすすめることにより、世界に先駆けてレーザー励起を達成し、コヒーレント な原子核操作を実現し、研究目的の達成を目指す。以下にそれぞれの研究内容について本年度の研究成果を述べる。
【能動的アイソマーの生成法の進化による真空紫外光の観測】 本年度は，新たにウィーン工科大学が開発したトリウム229の濃度を高めた結晶を用い，X線モノクロメータをより高精度なものに変えることにより探索感度を向上させ，ベルギーのグループから最近報告された領域(140 nm~155 nm)でアイソマーからの脱励起の探索を行った。アイソマーの寿命に対応した最適な照射時間，測定時間(10分，30分)おいて，真空紫外光の探索を行ったところ，アイソマー生成がオンの状態からオフの状態を引いた差分にあきらかな過剰がみられ，また，X線のエネルギーを核共鳴散乱の共鳴エネルギー付近で変化させたところ，共鳴エネルギー付近でX線で観測したものと同様のピークを観測し，アイソマーからの脱励起光を強く示唆するデータが得られた。
【化学状態に支配された229mTh 核壊変の解明】 能動的アイソマー生成法で用いる核共鳴散乱観測をより効率よく進めるための、トリウム標的を開発した。作成に使用した手法は「乾固法」で、従来の10倍程度の標的密度を有し、より効率よく、高精度で共鳴エネルギーを決定することが可能になった
【イオントラップを用いた229Th 原子核時計基盤技術の確立】 開発したイオントラップ用の波長1088 nm, 690 nm, 984 nm の半導体レーザーを用いて，ウラン233の崩壊から生じるトリウム229のトラップを行い，その分光に成功し，その中にアイソマーの存在を示唆するデータが得られた。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
様々な要素技術（トリウム標的開発，トリウム入り光学結晶，真空紫外光集光光学系，波長選別ミラー，トラップ用レーザ）の開発が順調に進み、アイソマーの観測を強く示唆するデータが得られている。SPring-8、東北大学金研の研究申請課題もすべて採択され、真空紫外光についてより広範なパラメータ領域における探索が順調に進められている。また、ウィーン工科大学と共同で、さらに高密度なトリウム入り光学結晶の開発も進められており、今後実験に使用することにより、さらに実験感度をあげた測定が可能となる。イオントラップ実験についても，トリウム229イオンのトラップに初めて成功し，今後イオントラップを利用した様々なスタディを行うことが可能になっている。以上のように、各研究項目について概ね順調に進展している。
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| Strategy for Future Research Activity |
今後は、各研究項目で得られた成果・知見をもとに、さらに連携を深めて、アイソマーからの脱励起真空紫外光のスタディ，イオントラップ実験を行っていく。
【能動的アイソマーの生成法の進化による真空紫外光の観測】 新たに開発した２段階のX線モノクロメータによりさらに高精度化したX線モノクロメータを用いて、現行の1/4程度にバックグランドを減少させた観測を行う。ウィーン工科大学により新たに開発された，トリウム濃度を10倍にした光学結晶を用いることにより，観測された真空紫外光についてより高精度な測定を行い，アイソマー状態についての詳細な解明を行う。
【化学状態に支配された229mTh 核壊変の解明】前年度に引き続き放射光X線照射可能な磁気ボトル型電子分光装置を開発する。低エネルギーの内部転換電子を 100 %の効率で100 meV のエネルギー分解能で測定することを目指す。
【イオントラップを用いた229Th 原子核時計基盤技術の確立】トラップによるトリウム229のアイソマーのスタディを進め，アイソマー状態のより詳細な解明を目指す。
【真空紫外レーザー開発と229Th レーザー分光】アイソマーへの確実な励起を行うことが可能なパルスレーザーシステムの開発の一環として，レーザー周波数を測定し安定化するための光周波数コムを開発する。
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