固体型原子核時計の飛躍に寄与するトリウム229アイソマーの新しい発見

固体型原子核時計の新たな可能性を切り開く

最近、岡山大学、京都大学、理化学研究所、大阪大学、高輝度光科学研究センターの共同による研究が、トリウム229原子核アイソマーのクエンチ機構の理解に重要な進展を見せました。この研究は、次世代の高精度原子時計の実現に繋がる可能性を秘めています。

1. クエンチ現象とは

クエンチとは、ある物質が励起状態から基底状態に戻る過程を指します。この現象を理解することは、例えば固体型原子核時計の精度を飛躍的に向上させるために不可欠です。今回の研究では、特にトリウム229のアイソマーに焦点を当て、X線照射によってその励起状態からの脱励起がどのように進むのか、その温度依存性を詳しく測定しました。

2. 共同研究の内容

岡山大学のMing Guan大学院生を中心とする研究チームは、SPring-8という大型放射光施設の高輝度X線を用いることで、結晶中のトリウム229アイソマーに対して、励起された電子がどのように影響を及ぼすかを探求しました。研究の結果、クエンチ現象は、励起された電子が結晶内で拡散し、トリウム原子核との相互作用によってエネルギーを受け渡す過程によって引き起こされることが明らかになりました。

3. 研究の意義

この理解は、固体型原子核時計の動作に必須な原子核状態の初期化、すなわち「リセット」の仕組みを明らかにするもので、将来的には高精度な時刻位置設定や未解明な物理現象の探求へとつながる可能性があります。特に、地球の重力場の観測や暗黒物質の研究に役立つテクノロジーへの応用も期待されているのです。

4. 研究成果の今後

この研究成果は、2026年1月8日にアメリカの権威ある物理学誌『Physical Review Letters』に掲載されたことにより、国際的にも注目を集めています。研究者たちは、ただ新たな知見を得るだけでなく、その知識が将来の多方面にわたる科学研究の基盤となることを目指しています。

5. 研究者からのコメント

「138億年の時を感じされるような、私たちの研究の旅の中で深い法則に触れることができました。すべての研究者の献身に感謝します」と語ったのは、Ming Guan大学院生です。彼はこの研究で得られた経験を、一生の宝物として大切にしていくことでしょう。

まとめ

岡山大学が中心となって進めたこの研究は、トリウム229アイソマーに関する新たな知見を提供し、未来の固体型原子核時計の実現に一歩近づくものでした。この成果は、普段の生活における時間の精密な測定が可能となるだけでなく、科学の最前線へと人類を導く重要な一歩となります。高精度な時間標準の構築に向けた探求は続いています。