Development of a detection system for direct observation of Thorium-229 de-excitation light

2023 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 22K20371
• Research Category: Grant-in-Aid for Research Activity Start-up
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Review Section: 0203:Particle-, nuclear-, astro-physics, and related fields
• Research Institution: Okayama University
• Principal Investigator: TAKATORI Sayuri 岡山大学, 異分野基礎科学研究所, 学振特別研究員PD (90963348)
• Project Period (FY): 2022-08-31 – 2024-03-31
• Keywords: トリウム229 / 真空紫外光 / 原子核時計

Outline of Final Research Achievements

Thorium-229 nucleus has an isomeric level in the energy region that can be excited by laser light. Therefore, it is expected to realize a nuclear clock using laser light. In this study, in order to determine the energy of the isomeric level of Thorium-229, we generated the isomeric level by an original excitation method using synchrotron radiation X-rays and searched for de-excitation vacuum ultraviolet light directly from the isomeric level. In the final year, the energy and lifetime of the thorium-229 isomer ware determined by detecting de-excitation vacuum ultraviolet light from the isomer level.

Free Research Field

宇宙物理

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

トリウム229は極低のアイソマー準位を持つことからレーザー光で励起可能な唯一の原子核であり、この極低の準位を応用したトリウム229原子核時計は、将来的に基礎物理から社会実用までの様々な応用が期待される。レーザー光による原子核操作を可能にする為にはトリウム229のアイソマー準位のエネルギーや寿命の情報が必要だが、この不定性が大きいことがこれまでレーザー励起を実現する上での長年の課題であった。そのため脱励起光の直接観測によりトリウム229のアイソマー準位のエネルギーや寿命を決定した本研究は、トリウム229のレーザー光励起へ向けた重要なマイルストーンの達成に貢献したと言える。