トリウム原子核はより正確な核時計の鍵になる可能性がある

Sep 15, 2023

タイトル: トリウム原子核はより正確な核時計の鍵になる可能性がある

ネイチャー誌5月25日号に掲載された報告書によると、研究者らはトリウムの特定の同位体が最初の核時計の基礎となる可能性があることを発見したという。 トリウム原子核は、既存の原子時計の精度を超える新しい時間を計測する方法を提供する可能性があります。 ベルギーのルーヴェン大学のサンドロ・クレーマーと彼のチームが行った新しい研究は、トリウム原子核の崩壊中に放出されるエネルギーを正確に測定し、核時計を製造する可能性をもたらした。

現在の原子時計は、原子の周囲の電子によって引き起こされる光の振動に基づいています。 原子時計はすでに非常に正確であり、GPS 衛星や基本的な物理法則をテストする実験に使用されています。 しかし、核時計は原子核によるエネルギージャンプに基づいており、一部の科学者は原子時計よりも正確である可能性があると考えている。

ほとんどの原子核は、科学者が時計を作るために必要なレーザーを使ってジャンプを開始するには、相互のエネルギーレベルが離れすぎています。 しかし、元素の同位体であるトリウム 229 は、異常に近いエネルギー準位を持っています。 準位間のエネルギーギャップが正確にわかっていなかったため、研究者はレーザーでエネルギージャンプを開始することができませんでした。

クレーマーと彼の同僚は、トリウム 229 原子核が崩壊し、より高いエネルギー状態からエネルギーが飛び降りるときに放出されるエネルギーを測定しました。 科学者たちはトリウム 229 をこの高エネルギー状態、つまり異性体にする必要がありました。 研究チームはCERNのISOLDE施設で放射性ビームを使用し、フッ化カルシウムとフッ化マグネシウムの結晶にアクチニウム229を埋め込んだ。 アクチニウム 229 は崩壊し、トリウム 229 異性体が生成されました。 トリウム 229 を結晶に埋め込むと、測定が困難な崩壊が抑制され、単一光子の崩壊がより明白になりました。

ボン大学の量子物理学者サイモン・ステルマー氏によると、この新しい研究は最初の核時計の作成におけるマイルストーンとなるという。 物理学者たちは現在、レーザーを利用してその方向に次の一歩を踏み出すことに取り組んでいます。

核時計は、自然界の基本定数の微妙な変動を明らかにし、物理現象に対する新たな視点を提供する可能性があります。 さらに、核時計は原子時計よりも安定しており、より速く測定できる可能性があります。 クレーマー氏によると、真空室内に原子を浮遊させる必要がある原子時計とは異なり、核時計は固体物質の中に原子核を入れて作ることができるという。