Precision laser spectroscopy of thorium-229 nuclear isomers approached by active isomer pumping method

2022 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 19H00685
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (A)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 一般
• Review Section: Medium-sized Section 15:Particle-, nuclear-, astro-physics, and related fields
• Research Institution: Okayama University
• Principal Investigator: Masuda Takahiko 岡山大学, 異分野基礎科学研究所, 特任准教授 (90733543)
• 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) ; 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)
• Project Period (FY): 2019-04-01 – 2023-03-31
• Keywords: トリウム229 / 核共鳴散乱 / 核異性体 / 原子核時計

Outline of Final Research Achievements

The first excited level of thorium 229 (isomer state) is a special nuclear level with a low excitation energy of about 8 eV and a lifetime expected to exceed 1000 seconds. In this study, we have succeeded in obtaining an indication of vacuum ultraviolet (VUV) emission from the isomer state of Thorium-229 nucleus by using the active pumping of the isomer state, in which the isomer state is artificially excited from the ground state of Thorium-229 nucleus to the isomer state.
We have developed a precise monitor of X-ray beam energy, which is important for active nuclear isomer production, and a high-efficiency dichroic mirror for the observation of vacuum ultraviolet luminescence.

Free Research Field

基礎物理

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

トリウム229の第一励起準位（アイソマー準位）は超精密周波数標準「原子核時計」の候補として注目されている原子核である。そのためにはアイソマー順位へレーザー励起する必要があるが、そのためにはアイソマー準位のエネルギーや寿命の決定が必須となる。
本研究ではそのエネルギーや寿命の決定のため、能動的核異性体生成法を用いてアイソマー準位を人工的に用意し、その脱励起を観測する実験を進めた。期間終盤に脱励起に伴う発光の兆候を捉えることに成功しており、今後、発光を詳細を研究する手がかりを掴むことができた。