歴史と30年の紆余曲折

119番元素の合成への挑戦は、1990年代初頭の超重元素探索レースに遡る。当時、ドイツの重イオン研究所 (GSI) やロシアのドゥブナ合同原子核研究所 (JINR) は、冷たい核融合法を用いてダームスタチウムやレントゲニウムを次々と発見していた。しかし、原子番号119以降の合成には従来の技術では確率（核融合断面積）が極端に低下するため、当時の加速器強度では1つの原子を観測するのに理論上100年以上の照射が必要であると試算されていた。

1994年、日本の理化学研究所が本格参入した際、後の発見者となる春日井 敏教授（当時・主任研究員）は、重イオンビームの強度を従来の10倍に高める超伝導線形加速器の必要性を提唱。2004年に日本がニホニウム（113番）の合成に成功した後、世界の関心は「第8周期の扉」である119番へと移ったが、2010年代は「119番の壁」と呼ばれる沈滞期に突入した。ローレンス・リバモア国立研究所 (LLNL) や各国のチームが失敗し続ける中、理研は密かに次世代加速器「SRILAC」の建設と、アメリカのオークリッジ国立研究所 (ORNL) からの希少な標的核材料バークリウム249の独占供給契約を締結し、発見に向けた盤石の体制を整えていた。

Project SPRINGと合成実験

2023年10月、理研仁科センターにて史上最大規模の実験「Project SPRING」が始動した。この名称は "Search for Period 8 Radionuclides in Next Generation" の略であり、アクチノイド標的であるバークリウム (Bk) に、光速の約10.5%まで加速したチタン (Ti) の重イオンを衝突させるものである。

実験は、215日間に及ぶ連続照射を伴った。標的材料は、強烈なビーム熱による蒸発を防ぐため、毎分3,200回転する回転ターゲット円盤上に塗布され、さらに極低温の液体ヘリウム冷却系によって常時冷却された。2024年5月12日午前4時12分、反動核分離装置GARIS-IIIの焦点面検出器が、ついに未知の崩壊エネルギーを示す1本のシグナルを捕捉した。

相対論的量子化学による特性

ハルミニウムの最大の特徴は、原子核の強大な電荷（+119）が電子に及ぼす相対論的効果である。最外殻の8s電子は、原子核周辺を光速の約82%に達する速度で運動し、これにより特殊相対性理論に基づいて電子の質量が増大、軌道が極端に原子核側に引き寄せられる（軌道収縮）。

理論化学計算（ディラック＝フォック法）によれば、この軌道収縮によりハルミニウムは、従来の第1族元素の傾向とは逆に、化学的反応性が著しく低下する。第1イオン化エネルギーはセシウムを上回り、むしろ金や白金のような化学的安定性を帯びるとされる。このため、ハルミニウムは「水に入れても爆発しない唯一のアルカリ金属」である可能性が指摘されており、この「不活性アルカリ金属」という新たな概念は、化学の教科書を根本から書き換える発見として注目されている。

脚注

1. ^ IUPAC Official Bulletin 2025: "On the Discovery of Element 119"
2. ^ Nature Physics: "Direct Observation of Relativistic Contraction"
3. ^ 理化学研究所プレスリリース「第8周期の扉を開く」