ミュオン触媒核融合を駆動するミュオン分子の直接観測に世界で初めて成功—高分解能X線分光法を使い理論モデルを実験で実証—

2026-04-16 中部大学

中部大学および東北大学を中心とする国際共同研究グループは、ミュオン触媒核融合(µCF)において重要な役割を持つミュオン分子の共鳴状態を、高分解能X線分光により世界で初めて直接観測した。超伝導転移端センサー(TES)検出器を用いることで、従来識別困難だったミュオン分子由来のX線を分離し、量子状態ごとの存在比を定量的に決定した。その結果、共鳴状態を経由する反応経路が主要であることを実証し、長年の理論と実験の不一致を解消した。さらに、反応の律速過程を回避する新たな経路の存在も示唆された。本成果は、µCFの高効率化と実用的エネルギー利用に向けた基盤を大きく前進させる。

ミュオン触媒核融合を駆動するミュオン分子の直接観測に世界で初めて成功—高分解能X線分光法を使い理論モデルを実験で実証—

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

<関連情報>

ミューオン触媒核融合に不可欠な共鳴状態にあるミューオン分子の直接観測 Direct observation of muonic molecules in resonance states critical to muon catalyzed fusion

Y. Toyama, T. Azuma, D. A. Bennett, W. B. Doriese, […] , and T. Yamashita
Science Advances  Published:15 Apr 2026
DOI:https://doi.org/10.1126/sciadv.aed3321

Abstract

Muon catalyzed fusion (μCF) is a plasma-free process in which the formation of muonic hydrogen molecules precedes and enables fusion between their constituent nuclei. Despite decades of study, the reaction dynamics of μCF remain elusive. Recent theories predict that resonance states of the muonic molecules play a key role and that these states can be probed using x-ray techniques. Using an array of transition-edge sensor microcalorimeters with 10-fold improved energy resolution compared to conventional silicon detectors, we observed x-rays from resonance states of muonic deuterium molecules despite an intense background. The spectrum is well explained by high-precision calculations incorporating the vibrational states. This work identifies the long-overlooked resonance state pathway as crucial in μCF and provides the direct evidence of the efficient muonic molecular formation.

1701物理及び化学
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