岡山大学が進めるトリウム229原子核時計の研究成果、正確な時間計測の未来を開く

岡山大学と他の研究機関が連携し、トリウム229原子核アイソマーのクエンチ機構に関する新たな理解を深めました。この雑誌では、この重要な発見と、その結果が引き起こす未来の可能性について詳しく取り上げます。

原子時計は、1秒の定義を根本から改良し、より高精度な測定を可能にする技術ですが、岡山大学が取り組んでいる「固体原子核時計」は、その次なる革新の鍵として期待されています。特にトリウム229原子核は、レーザー光で簡単に励起できる特有の性質を持っており、その励起状態（アイソマー）は極めて安定しているため、高精度な時間基準を継続的に提供することが可能です。この技術の進展は、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など幅広い分野での応用が期待されています。

最近の研究で、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研究者たちは、X線を用いて結晶中のトリウム229アイソマーに対しての励起状態の脱励起（クエンチ）を観測しました。この実験により、クエンチ現象が励起電子の拡散及びトリウム原子核との相互作用に起因することを発見しました。これは、固体原子核時計の機能に必要な初期化（リセット）過程において重要な役割を果たします。

研究の詳細な解析では、クエンチ現象の温度依存性と結晶発光の相関が明らかにされ、電子の拡散がトリウム原子核とエネルギーを交換するメカニズムが説明されました。この成果は、固体型原子核時計の設計における革新へと繋がり、可搬性に優れた新しい計測機器の開発が促進されます。将来的には、これによって科学の基本的な定数の変動を検証したり、暗黒物質の特定などの基礎物理学の研究が進むことも期待されています。

この研究を主導するMing Guan大学院生は、研究を通じた協力の重要性を強調し、共に深い法則に触れることができたと述べています。また、共同研究者の吉見彰洋准教授も、科学的進展がもたらす未来への期待を寄せています。研究の成果は、2026年1月に「Physical Review Letters」に掲載され、国際的な評価を得ています。

この挑戦的な研究は、日本学術振興会やEUの支援を受けるなど、多くの研究機関が関与しており、さらなる研究の深化と新たな発見が待たれます。岡山大学は今後も地域における活発な研究の拠点として、科学界の革新に寄与していくことでしょう。私たちは、これからの研究成果がどのように社会に影響を与えるのか、注視していきたいと思います。