【本学研究者情報】

〇大学院理学研究科化学専攻　教授　木野康志
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【概要】

中部大学と東北大学を中心とする国際共同研究グループは、高分解能X線検出器を用いて、素粒子のミュオン^（注１）を使う核融合（ミュオン触媒核融合：µCF^（注２））の反応率を左右するミュオン分子の共鳴状態^（注３）を世界で初めて直接観測し、量子力学的な状態ごとの存在比を定量的に決定しました。これまで不明確であった分子生成過程の実像が明らかとなり、長年にわたる理論と実験の不一致を解消しました。ミュオン分子の中では、原子核同士が極めて近距離に閉じ込められることにより、プラズマを用いず常温でも核融合を起こすことができます。本成果は、量子状態を区別して理解できる段階までµCF研究を深化させるとともに、将来的なエネルギー源として期待されるµCFの高効率化に向けた基盤を大きく前進させるものです。研究成果は、日本時間4月16日、午前3時に、米科学振興協会（AAAS）が発行する科学誌Scienceの姉妹誌であるScience Advancesに掲載されました。

µCF反応過程におけるミュオン分子とミュオン原子からのX線放出のイメージ
本研究で明らかとなった共鳴状態を経由する経路（手前）と従来想定されてきた経路（奥）を示す。手前では２つの重水素原子核（d）とミュオン（µ）からなるミュオン分子の共鳴状態（ddµ*）から、奥ではミュオン原子（dµ）からX線がそれぞれ放出されている。観測結果は、共鳴状態を経由する経路がµCFにおいて主要な役割を果たすことを実証した。

【用語解説】

注１　ミュオン
ミュオンは電子とよく似た性質を持ち、電子と同じ負の電荷に加えて電子の約207倍の質量をもつ。寿命は約2.2 µs（マイクロ秒、100万分の1秒）と短く、最終的に電子などに崩壊する。

注２　ミュオン触媒核融合（Muon Catalyzed Fusion: µCF）
ミュオンが電子の代わりに水素の同位体（重水素など）と結びつき、「ミュオン分子」と呼ばれる風変わりな分子を生成する。この分子では、ミュオンが電子よりも約207倍重いことにより、原子核同士が非常に近づく。その結果、太陽のような高温のプラズマを作らなくても核融合が起こる。さらに、反応後にミュオンは再び放出され、その寿命が続く限り何度も核融合を繰り返し引き起こすため、「触媒」として働く。

注３　共鳴状態
寿命をもつ準安定な状態であり、より安定な状態へ遷移する際にX線などの放射線を放出して崩壊する。

【論文情報】

雑誌名： Science Advances
論文タイトル：Direct observation of muonic molecules in resonance states critical to muon catalyzed fusion
著者：Y. Toyama∗, T. Azuma, D.A. Bennett, W.B. Doriese, M.S. Durkin, J.W. Fowler,　J.D. Gard, T. Hashimoto, R. Hayakawa, Y. Ichinohe, K. Ishida, S. Kanda, N. Kawamura, Y. Kino,*, R. Konishi, Y. Miyake, K.M. Morgan, R. Nakashima, H. Natori, H. Noda, G.C. O'Neil, S. Okada*, T. Okumura, K. Okutsu, C.D. Reintsema, K. Sasaki, T. Sato, D.R. Schmidt, K. Shimomura, P. Strasser, D.S. Swetz, T. Takahashi, M. Tampo, H. Tatsuno, J.N. Ullom, I. Umegaki, S. Watanabe, S. Yamada, T. Yamashita∗
* Corresponding Authors
DOI: 10.1126/sciadv.aed3321

詳細（プレスリリース本文）

問い合わせ先

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東北大学 大学院理学研究科化学専攻
教授　木野康志　
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准教授　山下琢磨
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