钍229原子核是在自然界中具有最小的8.4电子伏特的激发状态(同位素状态),可以使用激光激发的原子核。利用这个特性,可以制作超高精度时钟“原子核时钟”。通过使用这个,除了定位系统和以测地学为首的各种各样的应用之外,还可以实现基础物理研究的重要平台。
由于原子核不易受环境影响,即使埋在固体中也能保持高精度,有望实现“固体原子核钟”。但是,到目前为止,固体中的同位素状态是如何脱激发(返回基态),以及如何缩短其寿命(强制返回基态)是一个很大的课题。
近日,冈山大学异分野基础科学研究所、高亮度光科学研究中心(JASRI)、京都大学复合原子能科学研究所、日本理化学研究所(RIKEN)、大阪大学大学院理学研究科、日本产业技术综合研究所(AIST)等机构共同组成的研究小组,使用大型放射光设施「SPring-8」的高亮度X射线,把固体结晶中的钍229激发到同位素状态,观测那个返回基态时的光的事成功了。此时,确认了几乎所有的同位素状态都会发光迁移,测定了其寿命和能量。并且,发现了通过X射线照射可以将同位素状态的寿命缩短到十分之一左右。这表明可以从外部控制固体晶体中的同位素状态。
通过这些成果,期待着实现固体原子核时钟的巨大进步。该研究成果于7月16日下午6时(日本时间)在《Nature Communications》期刊上发表。