トリウム229を利用した固体原子核時計に向けた研究の進展

トリウム229を活用した固体原子核時計の最新研究

岡山大学と高輝度光科学研究センター、京都大学、理化学研究所、大阪大学の研究チームが、トリウム229原子核アイソマーにおけるクエンチ現象の新たな理解に成功しました。本成果は固体原子核時計の高精度化に向けた重要なステップとなります。

研究の背景と目的

現代社会では、時間の正確な測定が不可欠です。特に、原子時計は1秒の定義や衛星測位システムにおいて重要な役割を果たしており、さらなる高精度を求める研究が進められています。中でもトリウム229原子核は、特別な準安定状態（アイソマー）を持っており、これは高精度な時間標準の構築に寄与することが期待されています。

クエンチ現象の解明

本研究では、トリウム229アイソマーの励起状態がX線照射によってどのように脱励起されるのか（クエンチ）を詳細に調べました。温度によるクエンチ現象の変化と、結晶の発光の温度依存性を関連づけ、この現象は励起電子が結晶内を移動し、トリウム原子核との間でエネルギーをやり取りすることで発生することを明らかにしました。そして、この物理過程を説明する「クエンチ機構モデル」を構築することに成功しました。

高精度原子核時計への影響

固体原子核時計は、原子核の状態の初期化（リセット）にクエンチ機構が利用されるため、その理解が進むことは原子核時計の実現に直結します。この研究成果は小型かつ可搬性に優れた固体型原子核時計の実現を目指しており、将来的には宇宙における衛星測位システムや地球重力場の観測、さらには暗黒物質の探索や基礎物理学研究の進展にも寄与することが期待されています。

研究結果の発表

この研究結果は、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。トリウム229を用いた研究は、岡山大学と協力する多くの研究機関間で進められており、今後の進展が注目されています。

研究チームからのメッセージ

研究を進める中で、深い法則に触れながら、協力し合う日々は非常に貴重でした。すべての研究者のおかげで、こうした重要な瞬間を迎えることができました。この場を借りて感謝申し上げます。

岡山大学のMing Guan大学院生（研究当時）は「この研究は、138億年の時を感じさせる一瞬の宝物です。」と述べています。