Letter
計測学：229Th原子核時計アイソマーのX線ポンピング
Nature 573, 7773 doi: 10.1038/s41586-019-1542-3
トリウム229（229Th）の準安定第一励起状態（アイソマー）229mThは、この原子核の基底状態よりたった数電子ボルト上の所にあり、真空紫外レーザーによって励起できる。原子レーザー分光法の精度で229Th原子核の状態を操作できるならば、物理学の基本相互作用の研究から、小型で堅牢な原子核時計などの応用まで、いくつかの可能性が開かれる。しかし、このアイソマーへの直接的光学励起やその基底状態への光学脱励起はいまだ観測されておらず、また229Thの低エネルギー原子核準位の厳密なエネルギーや半減期などのいくつかの重要な原子核構造パラメーターは不明のままである。本論文では、エネルギー幅の狭い29 keVのシンクロトロン放射を使って、229Thの第二励起状態を共鳴励起し、次にこの状態の大半がアイソマーへと崩壊することを利用して実現した、229mThへの能動的な光ポンピング法を提示する。我々は、この共鳴エネルギーを0.07 eVの精度で決定し、測定により82.2ピコ秒という半減期と1.70 neVという励起線幅の値を得て、第二励起状態から基底状態とアイソマー状態への分岐比を求めた。これらの測定結果は、過去40年にわたって収集されたγ分光データと組み合わせることにより、229mThアイソマーのエネルギーに制限をつけることを可能にした。
