2026年 | プレスリリース?研究成果
電子を操って原子核の半減期を大きく変える －「電子架橋遷移」の存在を示す重要な証拠を発見－
【本学研究者情报】
〇先端量子ビーム科学研究センター 准教授 菊永英寿
【概要】
理化学研究所（理研）仁科加速器科学研究センター核化学研究开発室の重河优大特别研究员（研究当时、现客员研究员、筑波大学数理物质系助教）、羽场宏光室长、光量子工学研究センター时空间エンジニアリング研究チームの山口敦史専任研究员、大阪大学大学院理学研究科の笠松良崇教授、东北大学先端量子ビーム科学研究センターの菊永英寿准教授、同金属材料研究所の白崎谦次讲师（研究当时）、高エネルギー加速器研究机构素粒子原子核研究所の和田道治名誉教授らの共同研究グループは、原子核の周りにある电子の数を変えて、励起状态のトリウム229[1]原子核の半减期を大きく変化させることに成功しました。
本研究成果は、未発见の核壊変过程（励起状态から基底状态へ脱励起する过程）である「电子架桥迁移[2]」の直接観测に向けた大きな一歩となり、原子核时计[3]の実现に向けた贡献も期待されます。
励起状态のトリウム229原子核は、通常の原子核の1,000分の1以下である8.4电子ボルト（别痴）[4]という低い励起エネルギーを持ちます。8.4别痴は、トリウム原子の最も外侧の轨道にある电子（価电子）の结合エネルギーと同程度です。そのため、価电子の数が変わると、励起状态のトリウム229原子核の壊変过程が変化すると考えられてきました。壊変过程として、光子を放出するγ（ガンマ）线放出[5]や电子を放出する内部転换[6]が知られています。これらは多くの原子核で観测されている壊変过程ですが、トリウム229原子核の场合には、原子核のエネルギーを电子の迁移と光子に変换する电子架桥迁移という新しい过程の存在が予想されてきました。今回、共同研究グループは、中性のトリウム原子から电子を1个取り除いた1価イオンの状态で、励起状态のトリウム229原子核の半减期を测定しました。得られた半减期の値は0.46±0.08秒で、中性のトリウム原子（内部転换で壊変）の10万分の1秒程度や3価のトリウムイオン（γ线放出で壊変）の1,400秒程度という半减期の値と大きく异なっており、电子架桥迁移の存在を强く示唆する结果となりました。
本研究は、科学雑誌『Nature Physics』オンライン版（4月14日付：日本时间4月14日）に掲载されました。
【用语解説】
[1] トリウム229
トリウムは原子番号90の元素。质量数229の同位体であるトリウム229の原子核は、基底状态からわずか8.4电子ボルト（别痴）（摆4闭参照）上に、準安定な励起状态を持つ。この励起状态にあるトリウム229原子核のことをトリウム229アイソマー（摆7闭参照）と呼ぶ。
[2] 電子架橋遷移
励起状态の原子核がより低いエネルギー状态へ移る过程の一种。原子核の励起エネルギーが原子の轨道殻电子の迁移に使われるとともに、光子が放出される。γ线放出（摆5闭参照）过程や内部転换（摆6闭参照）过程とは异なる高次の过程として理论的に予测されてきたが、実験による明确な観测例はない。
[3] 原子核時計
トリウム229原子核の基底状态とアイソマーの间の迁移周波数を基準とする时计。原子核迁移の周波数は环境ノイズの影响を受けにくいため、既存の原子时计を上回る正确さを実现できると期待されている。トリウム229のアイソマーは通常の原子核に比べて励起エネルギーが非常に低いため、レーザーによる原子核迁移が可能となり、原子核时计の実现が期待される。
[4] 電子ボルト（eV）
エネルギーの大きさを示す単位で、电子1个が真空中で1ボルトの电位差で加速されたときに得るエネルギー。
[5] γ（ガンマ）線放出
励起状态の原子核が、励起エネルギーをγ线（光子）として放出することで、より低いエネルギー状态へ移る过程。
[6] 内部転換
励起状态の原子核が、励起エネルギーを原子の轨道殻电子に受け渡すことで、より低いエネルギー状态へ移る过程。エネルギーを受け取った电子は、内部転换电子として原子の外へ放出される。
【论文情报】
＜タイトル＞Lifetime of the singly charged 229Th nuclear isomer
＜著者名＞Yudai Shigekawa, Atsushi Yamaguchi, Katsuyuki Tokoi, Nozomi Sato, Hidetoshi Kikunaga, Kenji Shirasaki, Yoshitaka Kasamatsu, Michiharu Wada, Hiromitsu Haba
＜雑誌＞Nature Physics
＜顿翱滨＞
问い合わせ先
东北大学大学院理学研究科?理学部 広报?アウトリーチ支援室
Tel: 022-795-6708
Email: sci-pr*mail.sci.tohoku.ac.jp（*を@に置き換えてください）
东北大学金属材料研究所 プレスリリース担当
Tel: 022-215-2144
Email: press.imr*grp.tohoku.ac.jp（*を@に置き換えてください）