AIを使った原子核のモデリング~未知の原子核の形を予言~

2026-05-20 北海道大学

北海道大学の研究グループは、AIの機械学習を活用して、原子核の形状や集団運動を高精度に予測できる新たな原子核モデルを開発しました。対象となった「相互作用するボソン模型(IBM)」は原子核の振動・回転などを記述する代表的理論ですが、従来は核種ごとの経験的なパラメータ調整が必要でした。本研究では、物理法則を反映したニューラルネットワークを導入することで、IBMパラメータを自動かつ一意に導出することに成功しました。これにより、未知の不安定核やエキゾチック核についても、経験則に頼らず構造や集団運動を予測できる可能性が示されました。AIと量子多体理論を融合した本成果は、原子核の統一的理解を前進させるとともに、核反応計算やエネルギー・医療分野への応用にもつながることが期待されます。

AIを使った原子核のモデリング~未知の原子核の形を予言~
原子核は陽子と中性子が相互作用することで変形し、レモン型、ミカン型、洋ナシ型などの「形」を持つ。変形した原子核は振動、回転といった集団運動を起こす。AIの機械学習を組み込んだ原子核構造計算により、集団運動を予言することに成功した。

<関連情報>

機械学習を用いた相互作用するボソン模型パラメータの微視的導出 Microscopic derivation of the interacting boson model parameters with machine learning

Y. Obata, K. Nomura
Physics Letters B  Available online: 8 May 2026
DOI:https://doi.org/10.1016/j.physletb.2026.140522

Abstract

Machine learning is applied to derive microscopically parameters of the interacting boson model for nuclear spectroscopy. A physics-guided neural network is proposed, which is trained to map the potential energy landscapes that are calculated within the nuclear density functional theory onto the bosonic parameter space. To incorporate the underlying nuclear structure information and mitigate parameter degeneracy, the network integrates a global quadrupole collectivity indicator and valence nucleon numbers as key input features. In its applications to rare-earth nuclei, by reproducing the microscopic energy landscapes without any manual parameter tuning, the trained network is shown to provide a set of the model parameters and energy spectra that reflect the nuclear structural evolution, offering a robust alternative microscopic description of nuclear collectivity.

1701物理及び化学
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