理化学研究所（理研）仁科加速器科学研究センター 次世代加速器システム開発チームの今尾 浩士 チームリーダーは、イオンの電気の帯び方（価数：原子が何個電子を失っているかを表す整数）を制御することで、イオンビームを自律的かつ超高速に冷却する新しいビーム冷却原理を提案しました。 この原理はイオンビームを従来に比べて高い強度と品質で扱うことを可能とし、安定の島原子核など、これまで到達が困難とされていた原子核分野における未知の世界の研究を切り開くことが期待されます。
ビーム冷却は、多数のイオンが同じ方向に飛んでいるイオンビームにおいて、イオンの速さや方向のばらつきによる運動の揺れを抑え、ビームを整えるための加速器物理における基盤技術です。従来のビーム冷却では、イオンビームを周回させ、摩擦のような作用によって少しずつ整える方法が主流であり、特に重いイオンでは、ビームが整うまでに最大数秒という長い時間を要していました。
これに対し本研究では、イオンが周回する途中で価数が変化することを利用し、価数が変わると、イオンが安定して周回する軌道の中心が切り替わるように加速器を設計しました。イオンはその軌道の中心の周りを少し揺れながら進んでいるため、揺れの途中で中心（＝運動の支点）が切り替わることで、揺れが自然に小さくなります。クレーンの振れ止めに似たこの仕組みにより、イオンビームが自らの状態に応じて整っていく新しい冷却法「荷電変換冷却（Charge-Exchange Cooling：CEC）」が実現します。
計算機シミュレーションにより、この冷却がマイクロ秒（100万分の1秒）という非常に短い時間で進行し、かつ理研で建設予定の荷電変換リング（CSR）を想定した現実的な条件でも機能し得ることが示されました。
本研究は、科学雑誌『Physical Review Accelerators and Beams』オンライン版（4月14日付）に速報性・重要性の高いLetterとして掲載され、注目論文としてEditor's Suggestionに選定されました。