10月17日、大学共同利用機関シンポジウム2026が、東京科学大学大岡山キャンパスのディジタル多目的ホールとYouTube配信によるハイブリッド形式で開催されました。
本シンポジウムは、大学共同利用機関協議会と大学共同利用研究教育アライアンス（IU-REAL）の主催で毎年開催されているもので、今年はポール・ゴーギャンの絵画のタイトルに由来する「我々はどこから来たのか 我々は何者か 我々はどこへ行くのか」をテーマに、人類の起源や存在、未来に関する根源的な問いについて、各分野の研究者が所属機関の紹介や最新の研究成果を交えながら講演しました。
物質構造科学研究所からは、大学等の研究者とともに新たな研究フロンティアを切り拓くという研究所の使命のもと、PFユーザーアソシエーション（PF-UA）会長の近藤寛教授（慶應義塾大学）にご登壇いただきました。近藤教授は「量子マルチビームへの期待」と題し、フォトンファクトリー（PF）誕生の歴史という「過去」、2つのビームの同時利用による最先端研究の展開という「現在」、そして量子マルチビームが切り拓く「未来」について講演しました。
講演は、「量子とは何か」という基本的な問いから始まりました。近藤教授はまず、光が波と粒子の性質を併せ持つ量子の一つであり、人類が古くからその恩恵を受けてきたことを説明しました。そして、19世紀以降の電子の発見を契機に、電子線やX線、レーザー、放射光といった量子ビームが生み出され、科学技術の発展を大きく支えてきたことを紹介しました。
続いて、PF誕生の歴史を振り返りました。1970年代初頭、高良和武氏が提唱した「フォトンファクトリー構想」に共鳴した研究者たちが研究会を組織し、施設計画や実験装置の検討を進めた結果、1978年に放射光実験施設の建設が決定しました。
建設計画当初には、リングの3分の1のみが描かれた完成予想図が示されていましたが、ユーザー数が1,000人を超えることを条件に、現在の全円形リングへの施設拡張について当時の文部省と交渉が行われたというエピソードも紹介しました。PFは現在、4,000人を超えるユーザーが利用する実験施設へと発展しています。近藤教授は、この発展は加速器と放射光利用に携わる若手研究者らの共同作業の成果であると強調しました。
PFからはこれまでに2万報を超える学術論文が生み出され、物質科学、生命科学、エネルギー・環境科学、地球惑星科学、医学・工学分野など幅広い研究を支え続けています。
近藤教授自身も学生時代からPFを利用してきたユーザーの一人です。講演では、自身が取り組む「オペランド観測」の研究について紹介しました。
オペランド観測とは、材料が実際に機能を発現している状態をその場で観測し、その仕組みを解明する研究手法です。例として、水から水素と酸素を生成する高性能光触媒の研究について解説しました。チタン酸ストロンチウム（SrTiO3）にロジウム（Rh）とコバルト（Co）の助触媒を担持した試料に紫外光を照射しながら放射光X線で観測すると、Co助触媒が酸化される過程をX線スペクトルとして捉えることができます。この反応では、同時にプロトンが発生し、Rhに移動して電子を受け取り、水素が発生すると考えられていました。しかし、その過程を直接観察することは従来の手法では困難です。
そこで活用されたのが、PFに新設された開発研究多機能ビームラインBL-11です。BL-11では2つのビームを同じ位置に同時照射できるため、Rhを硬X線で、Coを軟X線で同時に観測することが可能となりました。この2ビーム利用による実験の結果、電子キャリアとホールキャリアは単に移動するだけでなく、両者による助触媒の応答には時間差があることを発見しました。
近藤教授は「2つのビームで見ることで時間相関が分かり、単一の時間軸上で因果関係が見えてくる」とその有用性を強調しました。
講演後半では、量子マルチビーム共創拠点（MB-LINQ）について紹介しました。
放射光X線は電子状態、中性子は水素、陽電子は最表面、ミュオンは物質内部の電子状態や深さ方向の情報に敏感であり、それぞれ異なる特徴を持っています。これらを組み合わせることで、単一のビームだけでは解明できない現象の理解が可能になります。
その応用例として、宇宙空間で有機分子が生成される仕組みの解明について説明しました。
生命の材料となる有機分子がどのように宇宙空間で生成されたのかは大きな科学的課題となっています。宇宙環境再現実験では、極低温の氷中に閉じ込めた一酸化炭素（CO）へ電子線を照射すると、二酸化炭素（CO2）やホルムアルデヒド、メタノールが生成されることが明らかになっています。さらに量子マルチビームとしてミュオンビームを組み合わせることで、観測深度を変えながら分子濃度の時間変化を測定できるため、氷の中でCOが有機物へ変換される詳細なメカニズムの解明につながる可能性を示しました。
次に、光合成研究を重要な応用例の一つとして取り上げました。
シンポジウム前半では、自然科学研究機構基礎生物学研究所の近藤徹教授が「光を集める生物の謎に迫る」と題して講演を行い、光合成において重要な役割を果たすマンガンクラスター（Mn4CaO5）の獲得によって水から酸素を発生できるようになり、その結果として地球上に酸素が蓄積されていった進化の過程について解説しました。
一方、近藤寛教授は、この酸素発生型光合成の反応機構解明に向けた量子マルチビーム利用の可能性を紹介しました。植物は葉緑体でCO2と水から糖と酸素を生成しますが、近年、その過程では酸素だけでなくプロトンや電子も生じることが分かってきています。
X線自由電子レーザーを用いた研究により、酸素発生中心を構成するMn4CaO5クラスターの構造が解明されつつありますが、その反応機構の詳細は未解明です。そこで、中性子回折によるプロトンネットワークの観察と、X線吸収分光による電子移動の時間分解測定を組み合わせる量子マルチビーム利用により、光合成の本質的な反応機構の解明につながる可能性を示しました。
最後に、カーボンニュートラル社会の実現に向けた高性能触媒開発について紹介しました。
再生可能エネルギー由来の水素を利用してCO2やバイオマスから有用物質を合成する反応では、「水素スピルオーバー」と呼ばれる水素原子の移動現象が重要な役割を果たします。しかし、その実態は十分には理解されていません。
近藤教授は、IRビームで水素を、X線で電子を観測し、それらの時間変化を同時に測定することで、水素スピルオーバーの詳細なメカニズム解明につながるとの展望を示しました。
講演の締めくくりとして近藤教授は、「放射光が自然や科学現象の姿を照らし出す光だとすれば、量子マルチビームはそのメカニズムを解き明かす新しい光である」と述べました。そして、世界的にも類を見ない研究拠点の実現には、若い研究者による自由で独創的な発想が不可欠であるとして、多くの若手研究者の参画を呼びかけました。
質疑応答では、複数のビームを利用する際に試料へ与える影響（ビームダメージ）への対応が課題であることや、現在は紫外光で高い性能を示す光触媒を可視光でも機能させる研究が進められていることを紹介しました。
最後に近藤教授は、「若い研究者たちの活躍によって、実用化は予想以上に早く進むかもしれない」と述べ、量子マルチビーム研究のさらなる発展への期待を語りました。
