2021 Fiscal Year Annual Research Report
レーザーによるコヒーレントな原子核操作の実現ー原子核時計の創成と応用に向けて
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21H04473
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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, 電子光理学研究センター, 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, 基礎科学特別研究員 (60845626)
笠松 良崇 大阪大学, 理学研究科, 准教授 (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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| Keywords | 原子核時計 / トリウム / レーザ－による原子核操作 / 核共鳴散乱 / 真空紫外レーザー分光 / イオントラップ |
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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】 理論で予測されるアイソマーのエネルギー、寿命に対して、バンドパスフィルターの波長選択特性、測定時間を変化させることにより、系統的に真空紫外光の探索を行った。これまで探索した領域では真空紫外光は観測されておらず、今後さらに測定範囲を拡大するために、測定装置、光学系の改良を行った。放物面鏡を用いた光学系を開発して、真空紫外光を伝送することにより照射中にも測定を行い、アイソマーが極めて短寿命の場合にも観測できるようにした。また、X線のエネルギ－を単色化するモノクロメータについて、窒素冷却により高精度化したものを開発し、X線のエネルギー幅を従来の1/10に狭めて、バックグランドを減少させることに成功した。
【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、Th標的を開発した。作成に使用した手法は「沈殿法」および「インクジェット法」で、従来の3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】 イオントラップ用の波長1088 nm, 690 nm, 984 nm の半導体レーザーの開発およびイオントラップに必要な装置の開発を行った。これまでにTh-229の同位体であるTh-232を用いたトラップ実験には成功しており、その結果をもとに、Th-229のトラップを進めていく
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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
これまでのところ真空紫外光の観測には至っていないが、様々な要素技術の開発が順調に進み、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、さらに良質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、レーザーおよび装置開発がほぼ終了し、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、真空紫外光の探索、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】 窒素冷却により高精度化したX線モノクロメータを用いて、現行の1/10程度にバックグランドを減少させた観測を行う。また、真空紫外光観測システムの光学系に改良を施し，X線ビーム照射と同時に観測することにより，アイソマーの寿命が短い場合についても，脱励起真空紫外光の観測を目指す。
【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】 トリウム232を用いたイオントラップを開発し，前年度に開発した波長1088 nm, 690 nm, 984 nm の半導体レーザーを用いたレーザー冷却を目 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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