Descrizione del progetto
Misurazioni ad alta precisione del più basso stato eccitato nucleare
Il torio-229 è caratterizzato da un isomero metastabile con un’energia di eccitazione notevolmente bassa. Grazie a tale particolarità, questo isomero dovrebbe consentire lo sviluppo di un orologio nucleare in grado di offrire una precisione senza precedenti. Migliorare la comprensione delle proprietà dell’isomero potrebbe avere implicazioni di vasta portata per la metrologia, la ricerca sulla materia oscura e la geodesia. Il progetto RaDTho, finanziato dal programma di azioni Marie Skłodowska-Curie, ha in programma di utilizzare due tecniche complementari per determinare in modo preciso le proprietà dell’isomero. I ricercatori si avvarranno di una nuova tecnica per la produzione dell’isomero del torio-229 attraverso il decadimento beta dell’attinio-229, una soluzione che, secondo le previsioni, dovrebbe quintuplicare la sensibilità dell’analisi. Le tecniche di spettroscopia dovrebbero inoltre contribuire a misurare la struttura iperfine dello stato fondamentale a bassa energia dell’isomero del torio-229.
Obiettivo
The existence of a low-lying nuclear isomer of thorium-229 at 8.28 eV was suggested several decades ago but was only recently identified via the observation of its decay signal. The low energy and an estimated relative decay width of around 10^{-19} open new possibilities for the development of a nuclear frequency standard-a nuclear clock, which can outperform the existing atomic clocks. This will have far-reaching consequences, such as in metrology, dark matter research, geodesy and time variation of fundamental constants. However, the isomer's properties are unknown or known with insufficient accuracy to exploit its far-reaching opportunities.
This proposal aims to determine the properties of the isomer using two complementary techniques.
1. The isomer is populated using a novel mechanism via the beta-decay of actinium-229 implanted in a suitable crystal at the ISOLDE-CERN facility. VUV spectrometry of the implanted crystal will allow measurement of the isomer's excitation energy with a precision of < 0.1 nm as well as its radiative-decay half-life. This production scheme increases the sensitivity by at least a factor of five and allows for improved control of experimental conditions and a reduced background signal.
2. Magnetic dipole and electric quadrupole moment as well as the nuclear charge radii of the singly charged ground state and isomer of thorium-229, produced via alpha-decay of uranium-233, will be measured using the in-gas-jet laser ionization and spectroscopy technique at KU Leuven. This technique allows the necessary efficiency, sensitivity and spectral resolution to measure the hyperfine structure of the singly charged thorium-229 ground state and isomer.
Campo scientifico
Parole chiave
Programma(i)
Argomento(i)
Meccanismo di finanziamento
MSCA-IF - Marie Skłodowska-Curie Individual Fellowships (IF)Coordinatore
3000 Leuven
Belgio