自然界に存在する約3300種以上の原子核の中で、最小の励起エネルギーを持つのがトリウム229だ。トリウム229の励起状態はアイソマー状態と呼ばれ、レーザーを用いて励起することができる唯一の原子核励起状態とされる。しかし、従来のアイソマー状態の生成手段は放射線を伴う複雑な過程であり、レーザー励起の実現に必要な精度のエネルギー情報はいまだ得られていない。

　こうした中、本研究者らは、大型放射光施設（SPring-8）の高輝度Ｘ線を用いた原子核共鳴散乱技術により、アイソマー状態を大量かつ自在に生成することを可能にした。基底状態にあるトリウム229にＸ線を照射して第二励起状態に励起させ、核共鳴散乱と高精度Ｘ線絶対エネルギーモニターを用いながらアイソマーへの遷移を観測した。放射線の少ないクリーンな環境下でアイソマーを生成できるという利点がある上、制御された状態でのアイソマー生成に成功したことで、第二励起状態のエネルギーやその寿命、第二励起状態からアイソマーへの遷移確率などを正確に決定することができたといい、トリウム229原子核に対する理解を格段に進めることができた。

　トリウム229は、超精密な“原子核時計”の構築、暗黒物質の探索、物理定数の経年変化探索の舞台（プラットフォーム）などとして有益であると予想されている。本成果により、アイソマー状態の研究が進展し、これらの実現に向けて大きく前進するものと期待されている。

論文情報：【Nature】X-ray pumping of the 229Th nuclear clock isomer