岡山大学
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
◆発表のポイント
- X線照射による結晶中トリウム229アイソマー励起状態の脱励起が加速される現象（クエンチ）の温度依存性を測定し、結晶発光の温度依存性との相関を明らかにしました。
- クエンチ現象が、励起電子の拡散とトリウム原子核との相互作用で生じることを突き止め、その物理過程を説明するクエンチ機構モデルを構築しました。
- 固体原子核時計の動作に必要な原子核状態の初期化（リセット）を担うクエンチ機構の理解を進め、高精度原子核時計の実現にまた一歩前進しました。
現在、1秒の定義や衛星測位システムに用いられている原子時計をさらに超える高精度を目指し、「原子核時計」の実現に向けた研究が世界的に進展しています。トリウム229原子核は、レーザー光で直接励起できる特別な準安定な励起状態（アイソマー）を持ち、これを利用すれば、これまでにない安定な時間標準の構築が可能になると期待されています。
岡山大学大学院環境生命自然科学研究科のMing Guan大学院生（研究当時）、学術研究院先鋭研究領域（異分野基礎科学研究所）の吉村浩司教授、吉見彰洋准教授、高輝度光科学研究センター（JASRI）の依田芳卓特任研究員、永澤延元研究員、京都大学複合原子力科学研究所の瀬戸誠教授、北尾真司准教授、理化学研究所光量子工学研究センターの山口敦史専任研究員、同仁科加速器科学研究センターの重河優大客員研究員、羽場宏光室長、同放射光科学研究センターの玉作賢治チームリーダー、大阪大学大学院理学研究科の笠松良崇教授、産業技術総合研究所の渡部司上級主任研究員、ウィーン工科大学のThorsten Schumm教授による国際共同研究グループは、大型放射光施設SPring-8（BL19LXU）の高輝度X線を用い、結晶中に埋め込んだトリウム229アイソマーの脱励起を能動的に加速（クエンチ）させる実験を詳細に行い、未解明であるクエンチ現象の物理機構の解明を試みました。これは、固体型原子核時計の動作に不可欠な「核状態の初期化（リセット）」に対応する重要な過程です。
クエンチの温度依存性の解析や結晶発光の温度依存性との相関から、この現象は励起された電子が結晶中を拡散し、トリウム原子核と相互作用してエネルギーを受け渡すことで生じていることを示し、その機構を説明するクエンチ機構モデルを構築しました。本成果は、小型で可搬性に優れる固体型原子核時計の実現につながり、将来の衛星測位システムや地球重力場観測などの応用や、暗黒物質探索や基礎物理定数の変動検証といった基礎物理学研究の発展にも寄与する重要な一歩となります。
本研究成果は、2026年1月8日に米国の物理学誌Physical Review Lettersに掲載されます。
◆研究者からひとこと
| 138億年の時を一瞬のように感じさせる研究の日々の中で、私たちは協力しながら、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ました。すべての研究者の献身に心から感謝します。この瞬間は、私の一生の宝物です。岡大、ありがとう。 |  Ming Guan大学院生（研究当時） |  吉見准教授 |
■論文情報
論 文 名：X-ray-induced quenching of the 229Th clock isomer in CaF2
掲 載 誌：Physical Review Letters
著 者：Ming Guan1, Michael Bartokos2, Kjeld Beeks2, Hiroyuki Fujimoto3, Yuta Fukunaga1, Hiromitsu
Haba4, Takahiro Hiraki1, Yoshitaka Kasamatsu5, Shinji Kitao6, Adrian Leitner2, Takahiko Masuda1, Nobumoto Nagasawa7, Koichi Okai1, Ryoichiro Ogake1, Martin Pimon2, Martin Pressler2, Noboru Sasao1, Fabian Schaden2, Thorsten Schumm2, Makoto Seto6, Yudai Shigekawa4, Kotaro Shimizu1, Tomas Sikorsky2, Kenji Tamasaku8, Sayuri Takatori1, Tsukasa Watanabe3, Atsushi Yamaguchi4, Yoshitaka Yoda7, Akihiro Yoshimi1, and Koji Yoshimura1
1Research Institute for Interdisciplinary Science, Okayama University, Okayama, Japan.
2Institute for Atomic and Subatomic Physics, TU Wien, Vienna, Austria.
3National Institute of Advanced Industrial Science and Technology (AIST), Tsukuba, Japan.
4RIKEN, Wako, Japan.
5Graduate School of Science, Osaka University, Toyonaka, Japan.
6Institute for Integrated Radiation and Nuclear Science, Kyoto University, Kumatori-cho, Japan.
7Japan Synchrotron Radiation Research Institute (JASRI), Sayo-cho, Sayo-gun, Hyogo, Japan.
8RIKEN SPring-8 Center, Sayo-cho, Sayo-gun, Hyogo, Japan.
D O I：10.1103/75bb-thn7
U R L：https://journals.aps.org/prl/accepted/10.1103/75bb-thn7
■研究資金
本研究は、独立行政法人日本学術振興会（JSPS）科学研究費助成事業（JP21H04473, JP23K13125, JP18H04353, JP24K00646, JP24H00228, JP24KJ0168, JP25K17413, JP25H00397）、戦略的創造研究推進事業（CREST: JPMJCR24I6）、EU-ERC（No.856415 （nuClock））, Austrian Science Fundの支援を受けて実施しました。
＜詳しい研究内容について＞
結晶中トリウム229原子核アイソマーのクエンチ機構の解明に前進～固体原子核時計のリセットは電子が担う？～
＜お問い合わせ＞
岡山大学 学術研究院先鋭研究領域
（異分野基礎科学研究所）
准教授 吉見 彰洋
（電話番号）086-251-8499
（FAX）086-251-7811
＜SPring-8/SACLAに関すること＞
高輝度光科学研究センター
利用推進部 普及情報課
（電話番号）0791-58-2785
（FAX）0791-58-2786