MITが開発した「卓上型」新手法：分子電子を用いて原子核の内部構造を解明

マサチューセッツ工科大学（MIT）の物理学者たちは、大規模な粒子加速器を必要とせずに原子核の内部構造を探る、革新的な手法を開発したと発表しました。研究チームは、モノフッ化ラジウム（RaF）分子を構成する電子を内部プローブとして活用することで、基礎物理学の研究を可能にする、アクセスしやすい「卓上型」のアプローチを確立しました。この注目すべき成果は、2025年10月23日付の科学誌『サイエンス』に掲載されています。

この測定手法の核心は、ラジウム原子とフッ素原子を結合させた分子を特別に設計することにあります。この分子環境下では、ラジウム原子核の周囲を周回する電子は、通常の実験室で作り出せる電場を遥かに凌駕する、極めて巨大な内部電場に晒されます。この劇的な増幅効果により、電子が短時間ながらラジウム原子核の内部に侵入し、その構成要素である陽子や中性子と相互作用する確率が大幅に向上します。電子が核から離脱する際、ごくわずかなエネルギーシフト、すなわち原子核の構造に関する「メッセージ」を携えており、研究者たちはこれを精密に測定することで核の内部情報を抽出します。

この技術は、陽子と中性子の相互配置を記述する原子核の「磁気分布」を、史上初めて測定することを可能にしました。筆頭著者であるシェーン・ウィルキンズ氏は、放射性ラジウムを分子内に組み込むという発想を、分子そのものを微小な衝突型加速器へと変貌させる「エレガントな科学的策略」であると評しています。この測定作業は、スイスのCERNで実施されているCRIS（共線共鳴イオン化分光実験）との共同研究体制の下で遂行されました。研究チームには、ロナルド・ガルシア・ルイス氏とシルヴィウ＝マリアン・ウドレスク氏も貢献しています。

この研究結果は、宇宙論的観点からも深い意義を持っています。ラジウムの原子核は、ほとんどの原子核が球形であるのに対し、特異な洋ナシ型の非対称性（歪み）を有しています。この特異な変形は、宇宙における物質が反物質に対して優勢である理由を説明する可能性のある、根源的な対称性の微妙な破れを増幅させると理論的に予測されています。今回、磁気分布を正確にマッピングできたことは、この宇宙的な不均衡を解明しようとする理論モデルにとって、決定的に重要な経験的データを提供するものとなります。

数キロメートルに及ぶ巨大な加速器施設を必要とする従来の核物理学のアプローチとは異なり、この分子的手法は遥かにコンパクトで、研究の可能性を大きく広げます。これは、超新星爆発のような宇宙現象で生成される可能性のあるものを含め、他の不安定な放射性分子を研究するための新しい道筋を示すものです。MITが提示したこの卓上型アプローチは、基礎物理学における最も複雑な謎のいくつかを解明するための、より身近で革新的な手段を世界にもたらしました。