東工大,オルト-パラ核スピン異性体間の光学遷移を検出

東京工業大学の研究グループは,孤立した環境にある分子のオルト-パラ異性体間の光学遷移の検出に初めて成功し,その発現メカニズムを理論及び実験的に明らかにした(ニュースリリース)。

180度の回転対称性を有するすべての分子の量子状態は,等価な配置にある核スピンの向きによって,オルト状態とパラ状態の2つに分類され,これをオルト-パラ対称性と呼ぶ。一般に,光を使ってこの2つの状態間を遷移させることはとても難しいので,これまで両者は核スピン異性体として,あたかも独立した別の分子であるかのように見なされてきた。

オルト-パラ遷移の検出実験には,塩素核が分子骨格の両端の等価な位置にある塩化硫黄分子(S2Cl2)を選んだ。この分子については,研究グループが以前に観測したマイクロ波スペクトルの解析から,。
オルト-パラ状態を混合させる相互作用を含んだ分子ハミルトニアンモデルを提案していた。

今回の実験では,真空容器中のマイクロ波共振器内にS2Cl2分子を導入し,この理論モデルで予想した周波数領域を調べたところ,通常の遷移の1,000分の1の強度を持つ超微細構造分裂(エネルギー準位の小さな分裂)した回転スペクトルを7本検出し,オルト-パラ遷移として同定した。

観測された周波数と強度は理論予想と良く一致したため,ハミルトニアンモデルの正しさ,すなわち,オルト-パラ遷移の発現起源を立証することができた。

この研究によって,オルト-パラ異性体分子一般について,自然発光過程による変換速度を定量化する道が確立できた。オルト-パラ対称性は物理学の基本原理のひとつである,等価粒子の交換対称性に基づいているので,自然科学の広い分野で重要な役割をしている。

たとえば,電波天文学で発見されている星間分子の異常オルト/パラ存在比のような宇宙物質進化の未解決問題を解明する手がかりになると期待されるとしている。

キーワード:

関連記事

  • なぜ今「量子」なのか OPIE’26で新フェア、産学官が本格連携

    2026年4月22日から24日までパシフィコ横浜で開催されるアジア最大級の光技術展示会「OPIE’26」において、最大の注目は新たに新設される「量子イノベーションフェア」である。本フェアは、国内最大級の産学官…

    2026.04.15
  • 【主張】政策と技術を結ぶ日本の可能性

    世界最大の光学展示会 3月15日から米国ロサンゼルスでOFC(Optical Fiber Communication Conference and Exhibition)が開幕する。通信バブル崩壊後、存在感を失っていた同…

    2026.03.25
  • オキサイド、量子コンピュータ向け紫外レーザー光源の販売を開始

    オキサイドは、量子コンピュータ向け紫外レーザー光源の販売を開始した(ニュースリリース)。新製品は波長302nmの紫外レーザ光源で、Yb原子を用いる中性原子型量子コンピュータにおいて、Rydberg状態の生成に用いられる中…

    2026.03.10
  • 早稲田大と産総研、量子技術分野の相互協力に関する連携協定を締結

    早稲田大学グリーン・コンピューティング・システム研究機構(GCS機構)と、産業技術総合研究所量子・AI融合技術ビジネス開発グローバル研究センター(G-QuAT)は量子技術分野の相互協力に関する連携協定を締結した(ニュース…

    2026.03.10
  • Q-STAR、量子技術分野における国際連携促進に関する連携協力覚書を締結

    ジェトロ、産業技術総合研究所 量子・AI融合技術ビジネス開発グローバル研究センター(G-QuAT)、量子技術による新産業創出協議会(Q-STAR)は、量子技術分野における国際連携促進に関する連携協力覚書を締結した(ニュー…

    2026.03.09

新着ニュース

人気記事

編集部おすすめ

  • オプトキャリア