冈山大学
日本科学技术振兴机构（JST）
◆发布要点
- 开发全新方法：借助激光读取钍 229原子核微小的能量差异，解析原子核周围的原子排布结构。
- 在氟化钙晶体中识别出钍 229存在的4类局域环境，并明确了各类环境的特征。
- 该技术不仅有助于早日实现更高精度的固体原子核钟，还将成为连接原子核物理、凝聚态物理与量子技术的研究基础。
冈山大学学术研究院前沿研究领域（异领域基础科学研究所）特任助教平木贵宏、吉村浩司教授、吉见彰洋副教授、增田孝彦副教授、日本学术振兴会PD特别研究员高取沙悠理、（研究当时，现大阪大学日本学术振兴会PD特别研究员）特任助教冈井晃一，以及奥地利维也纳工业大学Thorsten Schumm教授等人组成的国际联合研究团队，开发出激光穆斯堡尔光谱法。
穆斯堡尔光谱是解析物质内部原子核所处环境的强有力方法，广泛应用于化学、地质学、凝聚态物理等诸多领域。但以往该方法只能使用γ射线，需要大型设备与放射源。本次研究聚焦钍 229，已知可在极低能量下实现激发的原子核。研究团队采用真空紫外激光开展穆斯堡尔光谱测试，精细观测氟化钙晶体中钍 229原子核的微小能量差异。结果发现，晶体内部存在4种钍 229占据的晶格位点（环绕钍 229的原子排布结构）。研究进一步测定各原子核激发态寿命，针对其中两种主要位点，结合实验数据与理论计算，推定出钍 229周围的原子排布。
该成果可为超高精度时钟“原子核钟”，尤其是基于晶体的固体原子核钟的设计，提供不可或缺的关键信息。原子核钟被寄予厚望，有望成为精度超越现有原子钟的下一代时间标准，有机会助力发现物理常数随时间变化等全新物理现象，催生革新性测量技术。
本研究成果于2026年8月20日刊载于美国学术期刊《Science》。
◆研究者感言
| 钍 229是一类十分罕见、具备被激光直接操作潜力的原子核。本次我们把原子核本身当作传感器，阐明了钍 229在晶体中占据何种位置、呈现怎样的行为特征。要实现高精度固体原子核钟，透彻理解晶体内部环境必不可少。本次成果朝着该目标迈出重要一步。国际合作团队长年积累的实验技术与分析工作终于实现，倍感欣喜。 |  平木助教（特任） |
■论文信息
论文名：Laser Mössbauer Spectroscopy of 229Th in CaF2
作者：Takahiro Hiraki, Takahiko Masuda, Sayuri Takatori, Fabian Schaden, Michael Bartokos, Kjeld Beeks, Yuta Fukunaga, Andreas Grüneis, Ming Guan, Georgy Kazakov, Thomas LaGrange, Adrian Leitner, Ira Morawetz, Ryoichiro Ogake, Koichi Okai, Martin Pimon, Martin Pressler, Thomas Riebner, Noboru Sasao, Felix Schneider, Thorsten Schumm, Kotaro Shimizu, Luca Toscani de Col, Tomas Sikorsky, Akihiro Yoshimi, Koji Yoshimura
期刊：Science
DOI：10.1126/science.aea7978
URL：https://www.science.org/doi/10.1126/science.aea7978
■研究经费
本研究获得日本学术振兴会（JSPS）科学研究费资助事业（JP21H04473, JP24K00646, JP24H00228, JP24KJ0168, JP25K17413）、两国间交流事业（120242002）、科学技术振兴机构（JST）战略性创造推进事业CREST（JPMJCR24I6）、European Research Council (ERC) under the European Union’s Horizon 2020 and Horizon Europe research and innovation programme (Grant Agreement No. 856415 and No. 101087184)、Austrian Science Fund (FWF) [Grant DOI: 10.55776/F1004, 10.55776/J4834, 10.55776/ PIN9526523]、Schweizerischer Nationalfonds (SNF) fund 514788的支援而实施。
＜详细研究内容＞
利用激光可视化原子核周边环境 实现助力“固体原子核钟”高精度化的激光穆斯堡尔法
＜联系方式＞
【关于研究内容】
冈山大学 学术研究院前沿研究领域（异领域基础科学研究所）
助教（特任） 平木贵宏
（TEL）086-251-8489
（FAX）086-251-7811
教授 吉村浩司
（TEL）086-251-8499
（FAX） 086-251-7811
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