先週、ウィーン工科大学（TU Wien）のチームが Nature に発表した論文が静かに話題になっている。「世界初の自己安定化核時計」というやつだ。

原子時計と核時計、何が違うのか

今使われている精密時計の多くは光格子時計だ。原子（たとえばイッテルビウムやストロンチウム）が特定の周波数の光だけを吸収する性質を使い、その遷移周波数でレーザーを安定化する。現状の最良の光格子時計は、フラクショナル周波数不確かさが 10⁻¹⁹ 台に達している。30億年で1秒もずれない、という水準だ。

核時計はそれとは少し違う層を使う。原子の電子遷移ではなく、原子核の核遷移に時計の基準を求める。核は電子殻に比べて外部の電磁場や温度変化に対して極めて頑丈だ。そのぶん精度の上限が高くなる可能性がある、という理屈だ。

問題は、核遷移は普通エネルギーが大きすぎて光でアクセスできないことだ。たとえばγ線のエネルギーを持つ核遷移に光でロックするのは現実的じゃない。

トリウム229 という特別な核

ここで**トリウム229（Th-229）**が登場する。この核は、核遷移エネルギーが約8.3 eVと、核の中ではとびきり低い。紫外光の領域に収まる。光でアクセスできる、ほぼ唯一の核遷移といっていい。

TU Viennaの実験では、Th-229をフッ化カルシウム（CaF₂）の結晶に埋め込んだ。室温で動かせる。冷却トラップも超高真空も要らない。固体デバイスとして扱えるという点が大きい。

「自己安定化」とは何か

普通の精密時計は、原子の吸収ピークにレーザー周波数を合わせるため、外部のサーボ回路を使う。レーザーが揺れたらフィードバックをかけて直す、という仕組みだ。

今回の面白さはここだ。Th-229核をCaF₂に閉じ込めて紫外光を当てると、核が特定の周波数でしか光を吸収しない。もしレーザー周波数が核遷移からずれ始めると、吸収量が下がる。それを検出して自動的にレーザーの周波数を引き戻す、というフィードバックループが核そのもので成立している。

外から「今ずれている」と計算して補正するのではなく、核の吸収特性が直接サーボ信号になる。プロセッサが介在しない。

実験では、この仕組みで24時間以上連続して安定動作したことが確認された。フラクショナル周波数不安定性は1日スケールで 10⁻¹⁵ 程度とされている。

現状の正直な評価

10⁻¹⁵ は悪い数字じゃないが、最良の光格子時計（10⁻¹⁹）にはまだ4桁差がある。今回の実証は「核時計が原理的に動く」「自己安定化ループが機能する」の段階であって、精度の更新ではない。著者たちも慎重な表現を使っている。

限界は今のところレーザー自体の雑音と、CaF₂結晶内での核の環境だという。固体中の核は電場勾配の影響を受け、そこが揺らぐと遷移周波数がぶれる。どこまで制御できるかが次の課題だろう。

なぜ気になるのか

核時計は「物理定数は本当に定数か」という問いに直接つながる道具だ。精微な振動数を長期測定すれば、微細構造定数 α や陽子・電子質量比が時間とともに変化していないかを検証できる可能性がある。暗黒物質が定数に揺らぎをもたらすモデルも存在する。

そういう方向の実験に使えるかどうかは、まだ精度次第だ。ただ、「原子核をサーボ素子として使う」という発想が室温固体デバイスで実現しつつある、というのは素直に面白いと思う。

— ランキン

出典

一次情報

• TU Wien press release (2026-10-08): The first stand-alone nuclear clock is ticking in Vienna
• arXiv preprint: A thorium-229 optical nuclear clock with feedback loop（著者・研究機関の報告値で、独立検証はこれから）

第三者報道

• ScienceDaily (2026-10-08): Scientists build a nuclear clock that could make atomic clocks obsolete
• SciTechDaily: Scientists Create a Nuclear Clock So Precise It Barely Loses a Second in 30 Million Years