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生体で最も防御すべきDNAも放射線などによって損傷を受ける。本研究では、化学反応動力学を使って、塩基対が4から12程度の短鎖DNAを対象として、鎖切断のシミュレーションを行った。真空中ではヌクレオチド間に大域的な電子とエネルギーの流れが生じ、これが糖とリン酸基のC-O結合を切断することがわかった。他方、水分子とカウンターカチオンを溶媒とする系では、水和カチオンの存在によって電子とエネルギーの流れが局在化し、鎖切断が抑制された。しかしながら、水和構造が壊れると裸のカチオンがリン酸基を攻撃し、そのP-O結合を容易に切断することが見出された。鎖切断の効率はカチオンの種類によって大きく異なっていた。
We present a novel framework for the simulation of laser-induced spatial alignment dynamics of polyatomic molecules. Our approach surpasses the commonly used rigid rotor approximation and its perturbative extensions, and can be applied even for floppy systems, such as the weakly bound H2He+ complex.
We started developing a superfluid helium droplet beam to study the dynamics of molecular ions cooled vibrationally and rotationally at 0.4 K. For ions at low temperatures, slow dynamics becomes more important. Manipulation of the droplet beam velocity is required to extend the beam lifetime beyond the millisecond range. We discuss recent progresses towards future research combined with our cryogenic ion storage ring (RICE).
1色のレーザによる光格子の振幅変調でフェルミ縮退したスピン偏極原子を操作する実験が行われた。原子間相互作用が極めて弱い環境であるため、先行研究では独立粒子系として数値計算を行い、詳細にわたる実験の再現と解釈に成功した。またこの環境下では、振幅変調による励起が主に第２励起バンドへ起こることも分かった。本研究では1色光格子系では困難な、第1励起バンドへの波束の閉じ込めを、2色光格子中で実現できることを示した。閉じ込められた波束は、座標空間ではブラッグ反射により局在すること、擬運動量空間では長時間安定な量子カーペットを形成することが確認された。この操作法の今後の可能性を議論の上、実験に供したい。
Dedicated to the investigation of molecular collisions and dynamics, a compact cryogenic, electrostatic ion storage ring: RICE was developed at RIKEN. The RICE ring is in ultra-high vacuum of the 10-13 mbar order and at a cryogenic temperature around 4K. Preparation of ro-vribrationally cold molecular ions in a cryogenic radio frequency ion trap combine with the low black body radiation field and law residual gas densities environment of the ring provides good condition for high-resolution spectrometry. Absorption spectra, bond energy or intramolecular transition rates can be determined. The ion trap beam line includes an electrospray ion source (ESI), a quadrupole mass filter, an ion trap and an acceleration tube.
The electrospray ion source is a soft ionization technique which can be used to produce molecular ions with small fragmentation rate. A wide variety of negative and positive molecular ions can be produced. We successfully produced and mainly studied positive methylene blue water clusters: MB+(H2O)n (n≤90). The trap, a linear octupole trap is used to produce short ion bunches of about 20 μs long. Helium is used as buffer gas to decelerate the molecular ions and cool them down by collision towards equilibrium.
After extraction, the bunches of ions are accelerated to up to 20 KeV and probed by a tunable visible OPO laser. After photo dissociation, charged particles are removed by an electric deflector and only neutrals are detected by a MCP mounted on the beam trajectory downstream the ring. A Preliminary experiment of Methylene blue photo dissociation has been carried on. A typical spectrum is shown in fig. 1, a sharp peak of less than 1 μs in width corresponding to the component made by the laser irradiation is clearly observed in addition to the bunch component of about 15 μs in width resulting from collision with residual gas. Injection of the bunch of cold ions in the ring is planned in near future.
ポストゲノム時代へ入り、生体高分子の創成と機能の応用を目的とした研究が急速に進展している。特に計算技術の進歩により分子動力学（ＭＤ）計算による網羅的な分子ライブラリー探索が可能になりつつある。よく研究されている例として、椅子状の構造を作り、中心に一価の金属イオンを取り込んで安定化する１本鎖ＤＮＡの15TGTアプタマーがある。このアプタマーは抗凝血薬として作用する上、管理が簡単で安全なため薬学的に高く評価されている。近年では一部のDNAをアノマーＤＮＡに置換することで、分解耐性を高める試みが実験的に行われている。本研究では15TGTについて、ＭＤ計算によってアノマーＤＮＡ置換による構造安定性への影響を調べる。
理化学研究所にて2010年より設計・開発がスタートした極低温イオン蓄積リング（Riken Cryogenic Electrostatic Ring: RICE）は、2013年度より常温にて15 keV Ne+ビームを用いた試運転を開始した。2014年に初めて極低温化（~ 5 K）でのビーム周回を観測し、10秒程度のビーム蓄積に成功し、現在、蓄積寿命を500秒程度まで延ばすことができている。 また、現在、分子イオンの蓄積テストを開始し、周回イオンの振動・回転状態が輻射によって環境温度（~ 5 K）まで冷却される様子を、光解離分光により刻々と観測するためのセットアップが進行中である。
相対論的な高速イオンが単結晶薄膜中を通過するとき、結晶内の周期クーロン場はイオンの静止系において周波数10-18程度の振動電場として現れる。結晶場による高速イオンの共鳴的な電子遷移、すなわちコヒーレント共鳴励起（Resonant Coherent Excitation; RCE）を応用してX線領域の精密原子分光を行うことが可能である。
2009年にドイツGSIの加速器SISにおいて、190 MeV/u Li-like U89+イオンの2s-2p3/2遷移（4.5 keV）の観測に初めて成功し、RCEが高Zイオンに対しても応用可能であることを示した．さらに最近の実験で、SIS後段のイオン蓄積リングESRにてビームの電子冷却を行うことでビーム品質を大きく改善することに成功し、分解能およびピーク位置の確度はそれぞれ数倍改善された。
高次高調波と遅延時間をつけた赤外光をAr原子に照射し、放出される光電子エネルギーのコインシデンス測定を行った。その結果、高次高調波の後に赤外光を照射した場合にのみ、高調波による3s電子放出過程に続いて、もう一電子が放出される二重イオン化過程が観測された。この過程は、3s準位の空孔が3p電子によって埋められる脱励起過程において、余剰エネルギーと赤外光12光子分のエネルギーが二重イオン化閾値を超えたため、レーザー場誘起オージェ崩壊（laser-enabled Auger decay）過程により3p準位から二つ目の電子が放出されたことを示している。
我々は超流動ヘリウム(He II)を用いた原子のレーザー分光法開発を行っている。これまで赤外領域の連続発振レーザー，紫外領域の波長固定パルスレーザーを用いて基底状態がS1/2状態の原子に対しスピン偏極生成に成功している。基底状態の電子配置が異なる，より広範の元素に対しHe II中のスピン偏極生成に適用するため，高調波発生と合わせて紫外及び近赤外において高強度のレーザー発振が得られる波長可変パルスTi:Sa (1-3 kHz繰り返し，パルス幅:200ns )レーザーを開発した。He II環境において偏極生成が報告されているRb原子に対し開発したレーザーを適用し，偏極生成に最適なレーザー強度の評価を行った。
我々は超流動ヘリウム(He II)環境とレーザー・ラジオ波/マイクロ波二重共鳴を利用した核分光法開発を行っている。この手法は，高密度のHe IIによる高エネルギーイオンビームの高効率中性化・停止と，He II中の原子が示す吸収・放出スペクトルの特徴を活かすことで10 pps程度の低収量核原子をも測定可能である高感度を実現できると期待される。これまで，103-4 ppsの高速Rbビームを用いた原理検証に成功している。さらなる低収量核種への適用に向け超低バックグランドを実現する蛍光検出系の開発と二重共鳴システムの信号強度評価を行った。今回，新規開発装置の適用可能収量見積もりを報告する。
原始地球あるいは宇宙空間において、ペプチドや蛋白質合成機構はセントラルドグマに基づいたものではない。本研究では、アミノ酸の分子軌道を密度汎関数法 により計算し、原子核理論のランダム行列理論を用いて解析を行った。エネルギー準位統計は２０種すべてのアミノ酸で臨界準位統計を呈し、アミノ酸が伸張反 応について臨界状態にあることを示す結果を得た。セントラルドグマに基づかないペプチド伸張反応について議論を行う。