理化学研究所、分子科学研究所と高輝度光科学研究センターは、X線自由電子レーザー（XFEL；X-ray Free Electron Laser）施設「SACLA」を使い、集光して強度を上げたXFELをクリプトン原子に照射して、原子核の最も内側（K殻）の軌道を回る電子2個を順番にはじき出し、K殻に電子がない「中空原子」の生成に初めて成功した。

電子殻は中心から順にK殻、L殻．．．と呼ばれ、それぞれの電子殻にはいれる電子の数は決まっている。最も内側のK殻には2個の電子があり、X線が原子に当たるとK殻の電子がX線を吸収する。それに伴い1個の電子は原子からはじき出され（光イオン化）、K殻に穴の空いた原子ができるが、従来、最先端のX線研究でもレントゲン撮影でも、この状態の原子を考慮する必要はなかった。なぜなら、1,000兆～1京分の1秒という極めて短時間で、まるで、「だるま落とし」のように外側の電子が落ちてきて、K殻の穴が埋まるからである。しかし、XFELという極めて強力な最先端のX線源を用いると、K殻の穴が埋まる前にもう一度X線を当てることができ、だるま落としの例えで言えば、素早く2回たたいて2段抜きしたことになる。その結果、K殻が空になった中空原子という特殊な状態が生成される。

共同研究グループは、直径が約0.1ナノメートルのクリプトン原子に1京分の2秒弱の間に2回X線を当てて、中空原子を生成することに成功した。穴の空いた原子は、原子内の電子を扱う理論模型をチェックする厳格なテストとして科学的に重要であることはもちろん、XFELを用いたタンパク質構造解析などにおいて最も重要な位相問題の解決にも活用できると期待できる。

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