岡 山 大 学
科 学 技 術 振 興 機 構 （JST）

　　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）の平木貴宏助教（特任）、吉村浩司教授、吉見彰洋准教授、増田孝彦准教授、高取沙悠理日本学術振興会特別研究員PD、岡井晃一助教（特任）（研究当時。現大阪大学日本学術振興会特別研究員PD）、オーストリア・ウィーン工科大学のThorsten Schumm教授らによる国際共同グループは、固体中のトリウム229原子核をレーザーで励起し、その周囲の局所環境（原子の並び方）を調べる「レーザーメスバウアー分光」法を開発しました。
　メスバウアー分光は、物質の中で原子核がどのような環境にあるかを調べる強力な方法として、化学、地質学、物性物理学など幅広い分野で広く使われてきましたが、これまではガンマ線しか使えなかったため、大型装置・放射線源が必要でした。今回の研究では、特別に低いエネルギーで励起できる原子核として知られているトリウム229に着目し、真空紫外レーザーを用いたメスバウアー分光により、フッ化カルシウム結晶中に入ったトリウム229原子核のわずかなエネルギーの違いを詳しく観測しました。その結果、結晶中にはトリウム229が入り込むサイト（トリウム229を取り囲む原子の配置）が4種類あることを発見しました。さらに、それぞれの原子核の励起状態の寿命を調べ、主要な2種類のサイトについては実験データと理論計算を組み合わせることでトリウム229周囲の原子配列を推定しました。
　本成果は、極めて高精度な時計「原子核時計」、特に結晶を用いた固体原子核時計の設計に不可欠な情報を与えるものです。原子核時計は、現在の原子時計を超える精度を持つ次世代の時間標準として期待されており、物理定数の時間変化などの新しい物理の発見や革新的な計測技術につながる可能性があります。
　本研究成果は、2026年8月20日に米国の科学雑誌Scienceに掲載されます。

◆研究者からひとこと

トリウム229は、レーザーで直接操作できる可能性を持つ、非常に珍しい原子核です。今回、結晶の中でトリウム229がどのような場所に入り、どのように振る舞っているのかを、原子核自身をセンサーとして利用して調べることができました。高精度固体原子核時計の実現には、結晶の中の環境を理解することが欠かせません。今回の成果は、そのための大きな一歩です。国際共同研究チームで長年積み重ねてきた実験技術と解析が形になり、とてもうれしく思っています。

平木助教（特任）

■論文情報
論文名：Laser Mössbauer Spectroscopy of 229Th in CaF2
著者：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
掲載誌：Science
DOI：10.1126/science.aea7978
URL：https://www.science.org/doi/10.1126/science.aea7978

■研究資金
　本研究は、日本学術振興会（JSPS）科学研究費助成事業（JP21H04473, JP24K00646, JP24H00228, JP24KJ0168, JP25K17413）、二国間交流事業（120242002）、科学技術振興機構（JST）戦略的創造研究推進事業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の支援を受けて実施しました。

＜詳しい研究内容について＞
レーザーで原子核の周辺環境を可視化「固体原子核時計」を高精度化するレーザーメスバウアー法を実現


＜お問い合わせ＞
【研究内容に関するお問い合わせ】
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）
助教（特任） 平木貴宏
（電話番号）086-251-8489
（FAX）086-251-7811

教授 吉村浩司
（電話番号）086-251-8499
（FAX） 086-251-7811

【JST事業に関するお問い合わせ】
科学技術振興機構 戦略研究推進部 グリーンイノベーショングループ 金山晋司
（電話番号）03-3512-3531
（報道対応窓口） 科学技術振興機構 広報課
（電話番号）03-5214-8404