Quantum control of Th-229 isomer for study of gamma-ray laser

2020 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 19K21879
• Research Category: Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Review Section: Medium-sized Section 15:Particle-, nuclear-, astro-physics, and related fields
• Research Institution: Okayama University
• Principal Investigator: Yoshimi Akihiro 岡山大学, 異分野基礎科学研究所, 准教授 (40333314)
• Project Period (FY): 2019-06-28 – 2021-03-31
• Keywords: トリウム-229 / アイソマー / ガンマ線レーザー / 原子核時計

Outline of Final Research Achievements

We tried excitation to the low-energy nuclear isomer of Th-229 doped in CaF2 crystal by using Synchrotron radiation X-ray. The luminescence spectrum from the Th:CaF2 induced by X-ray irradiation and radioactivity was measured, and the decreasing from ultraviolet to the vacuum ultraviolet region. We constructed a system to detect vacuum ultraviolet light from the isomer while suppressing the background, and paved the way for Th-229 isomer transition spectroscopy in CaF2.

Free Research Field

原子核物理実験

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

原子核の状態は通常はレーザー光で直接操作することはできないが、Th-229 は唯一それが可能な原子核として知られている。光で原子核状態を制御できれば、宇宙の謎を明らかにできる精密な原子核時計や、人類が実現したことのない高エネルギー光領域(ガンマ線)でのレーザー発振が可能になると期待されている。そのような Th-229 の特殊な状態は未だ不明な点が多く、本研究ではその一旦でも明らかにすることを目的とした。放射光を使う我々が開発した独自の Th-229 特殊状態の生成法を利用し、結晶中に埋め込まれた Th-229 の特性について一歩進んだ知見を得ることができた。