자연계 최소의 여기 에너지를 가지는 원자핵 상태(아이소머 상태)의 인공적 생성에 세계에서 처음으로 성공했다고 오카야마 대학, 산업 기술 종합 연구소, 이화학 연구소, 오사카 대학, 교토 대학, 도호쿠 대학, 비엔나 공과 대학 , 고휘도 광과학 연구 센터의 공동 연구 그룹이 발표했다.
자연계에 존재하는 약 3300종 이상의 원자핵 중에서 최소의 여기 에너지를 가지는 것이 토륨 229이다.토륨(229)의 여기 상태를 아이소머 상태라고 하고, 레이저를 이용하여 여기할 수 있는 유일한 원자핵 여기 상태로 한다.그러나, 종래의 아이소머 상태의 생성 수단은 방사선을 수반하는 복잡한 과정이며, 레이저 여기의 실현에 필요한 정밀도의 에너지 정보는 아직 얻어지지 않았다.
이러한 가운데, 본 연구자들은, 대형 방사광 시설(SPring-8)의 고휘도 X선을 이용한 원자핵 공명 산란 기술에 의해, 아이소머 상태를 대량 및 자유자재로 생성하는 것을 가능하게 했다.기저 상태에 있는 토륨(229)에 X선을 조사하여 제229 여기 상태로 여기시키고, 핵 공명 산란과 고정밀 X선 절대 에너지 모니터를 이용하면서 아이소머로의 천이를 관측하였다.방사선이 적은 깨끗한 환경하에서 아이소머를 생성할 수 있는 이점이 있는데다가, 제어된 상태에서의 아이소머 생성에 성공한 것으로, 제XNUMX 여기 상태의 에너지나 그 수명, 제XNUMX 여기 상태로부터 아이소머로의 전이 확률 등을 정확하게 결정할 수 있었다고 하며, 토륨 XNUMX 원자핵에 대한 이해를 현격히 진행할 수 있었다.
토륨 229는 초정밀한 "원자핵시계"의 구축, 암흑물질의 탐색, 물리정수의 경년변화 탐색의 무대(플랫폼) 등으로서 유익할 것으로 예상되고 있다.본 성과에 의해 아이소머 상태의 연구가 진전되어 이들 실현을 향해 크게 전진할 것으로 기대되고 있다.
논문 정보:【Nature】X-ray pumping of the 229Th nuclear clock isomer
