電子を操って原子核の半減期を大きく変える -「電子架橋遷移」の存在を示す重要な証拠を発見-

2026-04-14 理化学研究所,筑波大学,大阪大学,東北大学,高エネルギー加速器研究機構

理化学研究所、筑波大学、大阪大学、東北大学、高エネルギー加速器研究機構らの共同研究は、電子状態を操作することで原子核の半減期が大きく変化することを実証した。対象は低エネルギー励起状態(約8.4eV)を持つトリウム229で、1価イオン状態における半減期が約0.46秒と、中性原子や他のイオン状態と大きく異なることを確認。この結果は、原子核エネルギーが電子遷移と結びつく新しい壊変過程「電子架橋遷移」の存在を強く示唆する。従来、原子核の壊変は電子の影響をほとんど受けないと考えられていたが、本研究はその常識を覆す重要な成果である。将来的には、超高精度な「原子核時計」の実現や基礎物理の検証に貢献すると期待される。

電子を操って原子核の半減期を大きく変える -「電子架橋遷移」の存在を示す重要な証拠を発見-
電子架橋遷移の概要

<関連情報>

Lifetime of the singly charged 229Th nuclear isomer

Y. Shigekawa,A. Yamaguchi,K. Tokoi,N. Sato,H. Kikunaga,K. Shirasaki,Y. Kasamatsu,M. Wada & H. Haba
Nature Physics  Published:14 April 2026
DOI:https://doi.org/10.1038/s41567-026-03251-1

Abstract

The nucleus of thorium-229 (229Th) has an exceptionally low-energy isomeric state (229mTh). Because its excitation energy is close to the energy levels of valence electrons, the lifetime of 229mTh varies substantially depending on its electronic state. Although internal conversion and radiative decay were recently observed, the electronic bridge decay of 229mTh, a higher-order decay process through an electronic transition, has not yet been confirmed. A promising candidate to search for this decay channel is singly charged 229mTh+ in the electronic ground state. Here we produce 229mTh+ by a charge-exchange reaction in an ion trap and detect the isomers through measuring the electrons emitted from internal conversion processes. We determined the half-life of 229mTh+ to be 0.46(8) s. Our result differs by several orders of magnitude from the half-lives of internal conversion and radiative decay, indirectly suggesting the existence of the electronic bridge decay of 229mTh. This will enable the direct observation and further investigation of the electronic bridge process, which will contribute to understanding nuclear–electron interactions and accelerating nuclear deexcitation in the operation of a thorium-based nuclear clock.

1701物理及び化学
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