なぜこの研究が必要なのか
私たちの宇宙には「物質」があふれていますが、本来なら宇宙ができた直後、同じ量の「反物質」が存在し、互いに打ち消し合って消滅してしまうはずでした。なぜ物質だけが生き残ったのか？ その謎を解くカギが「CP対称性の破れ」という現象です。
この謎に迫るため、重い原子を持つ分子（原子核）の特定のかすかな性質（核シッフ相互作用：NSI）を捉える実験が行われています。
実験データから正しく結論を導くには、原子核のまわりに存在する「電子」の状態を理論計算で正確に予測する必要があります。
しかし、従来の計算方法は「原子核の中心のデータ」だけを使った簡易的な近似計算だったため、広がりを持つ重い原子核の内部や表面では、計算の精度が不十分かもしれないという課題がありました。
何を調べ、何が分かった?
そこで本研究では、原子核の近傍のみを利用する近似は使わずに、電子の状態をダイレクトに計算できる「新しい数学的アプローチ（解析的表現）」を導出しました。
この新しい計算方法を使って、重い原子を含む3つの分子（205TlF、225RaO、256LrF）を分析したところ、従来の近似計算では、原子核の端の領域において電子由来の項を実際よりもはるかに大きく見積もっていたことがわかりました（RaOという分子では50%以上、LrFという分子では300%以上ものズレが確認されました）。
さらに、重い原子核の内部と外側の両方で電子状態を正しく計算するための、新しい計算用の基底関数も提案されました。
🔍この研究が示す意味とは
この研究によって、従来の近似計算では、重い原子を持つ分子の電子状態を正しく評価できていなかったことが明らかになりました。今回導出された新しい計算モデルを使えば、原子核の広がりまで考慮した精度の高い計算が可能になります。この計算結果と原子核の情報を組み合わせることで、分子を使ったNSI実験のデータをより正確に解釈するための、信頼性の高い理論的土台が整えられたといえます。
https://doi.org/10.1080/00268976.2026.2693697
Why is this research necessary?
Our universe is filled with matter, yet according to current theories, matter and antimatter should have been produced in equal amounts in the early universe and should have annihilated each other. Why did only matter survive? One of the keys to solving this mystery may lie in a phenomenon known as CP symmetry violation.
To investigate this, experiments are being conducted to search for tiny effects associated with the nuclear Schiff interaction (NSI) in molecules containing heavy nuclei. Accurately interpreting experimental data requires precise theoretical predictions of how electrons behave near and within the nucleus. However, conventional computational methods relied on approximations based solely on information about the electronic wavefunction at the center of the nucleus. This raised concerns about whether these methods could accurately describe electron behavior throughout the finite spatial extent of heavy nuclei, particularly near their surfaces.
What was investigated and what was found
To address this, the study derived a new analytical expression that enables the relevant electronic contribution to be evaluated without relying on the conventional approximationa
Applying this new method to analyze three molecules containing heavy atoms (205TlF, 225RaO, and 256LrF) revealed a surprising fact: the conventional approximation substantially overestimated the electronic contribution near the nuclear surface (discrepancies exceeding 50% for RaO and 300% for LrF were observed). Furthermore, the study proposed a method for constructing a new computational dataset to accurately calculate electron behavior both inside and outside heavy nuclei.
🔍What this study implies
This research demonstrated that the conventional approximation can lead to substantial errors when evaluating electronic contributions within heavy nuclei. The newly derived computational model enables high-precision calculations that account for the spatial extent of atomic nuclei. By combining these results with information about the nuclei, this study provides a more reliable theoretical foundation for accurately interpreting data from molecular NSI experiments.
本記事は、公開済み論文に基づき学科広報用に編集した紹介文です。This article is an outreach-style summary prepared for the department website based on the published paper.
Source: Molecular Physics (2026) An International Journal at the Interface Between Chemistry and Physics
https://doi.org/10.1080/00268976.2026.2693697
Analytical representation for the electronic contribution of the nuclear Schiff interaction Hamiltonian
Satoshi Toda,Yasuto Masuda, Naohiro Tomiyama, Kota Yanase, Bijaya Kumar Sahoo, Masahiko Hada & Minori Abe