岡山大学と国際共同研究、原子核時計の新機構解明に成功

岡山大学とその共同研究機関が、結晶中のトリウム229原子核アイソマーのクエンチ機構の解明に成功しました。この成果は、固体型原子核時計の動作における重要な要素であり、高精度な時間標準の実現に向けた大きな一歩とされています。

研究の背景

原子時計は、時間の測定において極めて高い精度を誇ります。しかし、現在の原子時計の精度を超える「原子核時計」の実現は、科学者たちの重要な課題です。その中で、トリウム229原子核は特異な準安定状態（アイソマー）を持ち、レーザー照射によってこの状態を直接励起できる特性が注目されています。

研究成果の詳細

岡山大学の研究チームは、高輝度光科学研究センター、京都大学、理化学研究所、大阪大学とともに、結晶中に埋め込まれたトリウム229アイソマーの脱励起機構を詳細に調査しました。この研究において、X線照射によってトリウムアイソマーがどのように脱励起するのか、温度依存性の測定が行われ、その時の結晶発光との相関関係を明らかにしました。

クエンチ現象の解明

研究チームは、励起された電子が結晶内を移動し、トリウム原子核と相互作用を持つことで、クエンチ現象が起こることを突き止めました。この過程は、固体原子核時計の核状態をリセットするのに不可欠であり、このメカニズムを確立することで、原子核時計のさらなる精度向上が期待されます。

本成果の意義

この研究は、固体での原子核時計を小型化、可搬化するために必要な新しい知見を提供します。将来的には、衛星測位システムや地球重力場の観測などに応用される可能性があり、暗黒物質の探索や物理定数の検証といった基礎科学の発展にも寄与することが期待されます。

研究の公表

この貴重な成果は、2026年1月8日に米国の物理学誌『Physical Review Letters』に掲載されました。岡山大学の若手研究者、Ming Guan氏と吉見浩司准教授は、「私たちは、この研究を通じて、凝縮物質、原子核、電子が織りなす深い法則に触れることができ、すべての研究者に感謝しています。」とコメントしています。