Search for deexcitation light from the 229Th isomeric state for laser spectroscopy of nuclei

2023 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 21H01094
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 15020:Experimental studies related to particle-, nuclear-, cosmic ray and astro-physics
• Research Institution: Okayama University
• Principal Investigator: Hiraki Takahiro 岡山大学, 異分野基礎科学研究所, 特任助教 (40791223)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 依田 芳卓 公益財団法人高輝度光科学研究センター, 精密分光推進室, 主幹研究員 (90240366)
• Project Period (FY): 2021-04-01 – 2024-03-31
• Keywords: トリウム229 / 原子核 / アイソマー / 真空紫外光

Outline of Final Research Achievements

Thorium-229 (229Th) has a very low first excitation energy of about 8.4 eV and is expected to have applications such as nuclear clocks. We succeeded in observing the light in the vacuum ultraviolet region emitted from the first excited state of 229Th nucleus at SPring-8 using 229Th-doped CaF2 crystals developed by TU Wien. The lifetime of the first excited state in the crystal was measured, and the wavelength was determined with an accuracy of about 0.4 nm by using band-pass filters. Furthermore, we found that the lifetime of the first excited state is shortened during X-ray beam irradiation.

Free Research Field

素粒子原子核物理学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

トリウム229原子核を用いた「原子核時計」の開発に成功すれば、現在の秒の定義に用いられている原子時計と同等以上の高精度な時計（周波数標準）が実現できると期待されている。また、素粒子標準理論を超えた物理の一つの可能性として微細構造定数が時間変化するモデルが宇宙論で考えられているが、原子核時計を用いて遷移周波数の安定性を長期間測定することでこれまでより微細構造定数の時間変化を数桁程度更新できると考えられている。本研究では研究開始時には精度良く分かっていなかった229Th原子核の第一励起状態の寿命を精度良く測定することに成功し、原子核時計の実現に一歩近づくものとなった。