토륨(229)의 원자핵은, 기저 상태로부터 불과 수 eV(일렉트롬 볼트)의 에너지 영역에 준안정 상태인 「아이소머 상태」를 가지고 있다.레이저 조사로 만들어낼 수 있는 유일한 아이소머 상태라고 여겨져 초고정밀한 「원자핵시계」에의 응용 가능성 등으로부터 주목을 받고 있다.그러나, 2007년까지 기보의 아이소머 상태의 에너지값은 실험을 실시하는 그룹간에 일치하지 않았고, 새로운 측정이 기다리고 있었다.

　본 연구그룹은 초전도 전이단 센서라고 불리는 높은 에너지 분해능의 감마선 분광기를 독자적으로 개발하여 토륨 229 원자핵의 제2 여기 상태에서 아이소머 상태로의 전이 에너지를 정밀하게 측정하는 데 성공했다.그리고, 선행 연구에서 측정 끝난, 제2 여기 상태의 에너지와의 차이를 취함으로써, 아이소머 상태의 에너지를 8.30±0.92eV로 결정했다.이 값은 2019년에 다른 실험 기법으로 측정된 다른 두 실험 그룹에 의한 최신 측정치와도 일치했다.

　앞으로는 본 연구에서 결정된 에너지 영역의 여기용 레이저를 제작하여 토륨 229 원자핵의 정밀 레이저 분광의 실현을 향해 연구가 진행될 것으로 기대된다.원자핵시계는 원자핵이 기저상태에서 아이소머상태로 천이할 때 흡수하는 전자파의 주파수를 기준으로 만들어진 시계로, 현재의 원자시계보다 1자리 이상 높은 정밀도를 실현할 수 있다고 한다.우주팽창에 따라 변화할 가능성이 지적되고 있는 기초물리정수의 항상성의 검증이나, 상대론측지학의 계측 툴로서 등 다양한 분야에의 응용도 기대할 수 있다.

논문 정보:【Physical Review Letters】Energy of the 229Th Nuclear Clock Isomer Determined by Absolute γ-ray Energy Difference