学術的背景 プロトン伝達（proton transfer）は、生物エネルギー変換（ATP合成など）やシグナル伝達において中心的な役割を果たす。従来の理論では、プロトンは水分子鎖やアミノ酸側鎖を介した「ホッピング機構」（hopping mechanism）によって輸送されると考えられてきたが、近年提唱された「プロトン共役電子移動」（PCET, proton-coupled electron transfer）仮説では、電子移動がこの過程に同期して関与する可能性が示唆されている。生命システムは高度なキラリティー（chirality）特性を持つため、「キラリティ誘起スピン選択性」（CISS, chiral-induced spin selectivity）効果——つまりキラル環境で電子が移動する際...

背景紹介 アト秒科学（attosecond science）は、原子、分子、固体中の電子の超高速ダイナミクスを研究する最先端の分野です。高次高調波発生（High-Order Harmonic Generation, HHG）とアト秒パルスの実験的実現以来、アト秒科学は急速に発展し、電子ダイナミクスを研究する強力なツールとなっています。しかし、従来のチタンサファイア（Ti:Sapphire, Ti:Sa）レーザーは、高次高調波発生とアト秒パルス生成において優れた性能を発揮するものの、その高い量子欠陥と熱負荷により、高繰り返し周波数と高平均出力での応用が制限されています。近年、イッテルビウム（Ytterbium, Yb）ドープレーザーは、その低量子欠陥、高繰り返し周波数、高平均出力の特性により、...

学術的背景 近年、構造化光（structured light）は、高エネルギー物理学、宇宙論、磁性材料、超流体におけるトポロジカル・スキルミオン（skyrmion）テクスチャを模倣する可能性を示しています。スキルミオンは非特異的で局所的なトポロジカル構造であり、当初は核物理学で提案され、その後、超流体、磁性材料、ボース・アインシュタイン凝縮（Bose-Einstein condensates）で広く研究されてきました。光学スキルミオンはデータエンコーディングやストレージに潜在的な応用がありますが、そのトポロジカル構造を物質に転送し保存する研究は非常に限られています。本論文はこの問題に取り組み、レーザービーム内のスキルミオン・トポロジーを冷原子ガスに高忠実度でマッピングし、新しい非伝播形式で検...

実験による対称場の制約：磁気浮上力センサーの画期的な研究 学術的背景 ダークエネルギー（Dark Energy）は、宇宙の加速膨張を引き起こしていると考えられていますが、その本質は依然として未解明です。ダークエネルギーの性質を説明するために、科学者たちは様々な理論を提案してきました。その中で、対称場理論（Symmetron Field Theory）は、ダークエネルギーを説明する有力な候補とされています。この理論では、物質と相互作用する第五の力（Fifth Force）が予測されていますが、高密度環境ではこの力が遮蔽されるため、実験室での検出が困難でした。これまでのいくつかの実験でモデルのパラメータ空間の一部に制約を与えましたが、まだ多くの未探索領域が残されています。そのため、研究チームは、...

微コーム技術の学際的進展：物理学と情報技術をつなぐ架け橋 学術的背景 光学周波数コーム（Optical Frequency Comb, OFC）は、光周波数領域を一連の離散的かつ等間隔の周波数線に分割する技術であり、精密測定、光通信、原子時計、量子情報などの分野で広く応用されています。しかし、従来の周波数コーム装置は通常、大規模で複雑であり、現代科学や技術が求める携帯性や集積化のニーズを満たすのが困難です。近年、マイクロコーム（Microcomb）技術はそのコンパクトさ、高効率、多機能性により注目を集めています。マイクロコームは、光学マイクロキャビティ内の非線形効果を利用して生成され、チップレベルで周波数コームの機能を実現できるため、多くの分野に革命的な変化をもたらしています。 マイクロコー...