Updated on 2025/05/28

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HIRAKI Takahiro
 
Organization
Scheduled update Special-Appointment Assistant Professor
Position
Special-Appointment Assistant Professor
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Degree

  • 博士(理学) ( 京都大学 )

Research Interests

  • ミュオニウム

  • トリウム

  • レーザー

  • 原子核

  • ニュートリノ

  • 原子物理

  • 素粒子

Research Areas

  • Natural Science / Semiconductors, optical properties of condensed matter and atomic physics

  • Natural Science / Experimental studies related to particle-, nuclear-, cosmic ray and astro-physics

Education

  • Kyoto University   大学院理学研究科   物理学・宇宙物理学専攻 博士課程

    2012.4 - 2016.3

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  • Kyoto University   大学院理学研究科   物理学・宇宙物理学専攻 修士課程

    2010.4 - 2012.3

      More details

  • Kyoto University   理学部   物理学科

    2006.4 - 2010.3

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Research History

  • Okayama University   The Research Institute for Interdisciplinary Science

    2019.4

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  • 理化学研究所   客員研究員

    2018.7

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  • Okayama University   The Research Institute for Interdisciplinary Science

    2016.4 - 2019.3

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Professional Memberships

  • 高エネルギー物理学研究者会議

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  • THE PHYSICAL SOCIETY OF JAPAN

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  • THE JAPANESE SOCIETY FOR SYNCHROTRON RADIATION RESEARCH

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  • 日本中間子科学会

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Papers

  • A method to detect the VUV photons from cooled 229Th:CaF2 crystals Reviewed

    Ming Guan, Michael Bartokos, Kjeld Beeks, Yuta Fukunaga, Takahiro Hiraki, Takahiko Masuda, Yuki Miyamoto, Ryoichiro Ogake, Koichi Okai, Noboru Sasao, Fabian Schaden, Thorsten Schumm, Kotaro Shimizu, Sayuri Takatori, Akihiro Yoshimi, Koji Yoshimura

    Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section B: Beam Interactions with Materials and Atoms   2025.5

     More details

    Publishing type:Research paper (scientific journal)  

    DOI: 10.1016/j.nimb.2025.165647

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  • Characterization of the thorium-229 defect structure in CaF2 crystals

    Sayuri Takatori, Martin Pimon, Stephan Pollitt, Michael Bartokos, Kjeld Beeks, Andreas Grüneis, Takahiro Hiraki, Tetsuo Honma, Niyusha Hosseini, Adrian Leitner, Takahiko Masuda, Ira Morawetz, Kiyofumi Nitta, Koichi Okai, Thomas Riebner, Fabian Schaden, Thorsten Schumm, Oki Sekizawa, Tomas Sikorsky, Yoshio Takahashi, Luca Toscani De Col, Rei Yamamoto, Takumi Yomogida, Akihiro Yoshimi, Koji Yoshimura

    New Journal of Physics   2025.4

     More details

    Publishing type:Research paper (scientific journal)   Publisher:IOP Publishing  

    Abstract

    Recent advancements in laser excitation of the low-energy thorium-229 (229Th) nuclear isomeric state in calcium fluoride (CaF2) single crystals render this system a promising candidate for a solid-state nuclear clock. Nonetheless, the precise experimental determination of the microscopic ion configuration surrounding the doped 229Th and its electronic charge state remains a critical challenge. Such characterization is essential for accurately controlling the clock transition and evaluating the performance of this solid-state nuclear clock system. In this study, we use x-ray absorption fine structure spectroscopy of 229Th:CaF2 to investigate the charge state and coordination environment of doped 229Th. The results indicate that 229Th displays a 4+ oxidation state at the substitutional site of a Ca2+ ion, with charge compensated provided by two F- ions positioned at interstitial sites adjacent to 229Th.

    DOI: 10.1088/1367-2630/adce22

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    Other Link: https://iopscience.iop.org/article/10.1088/1367-2630/adce22/pdf

  • Controlling 229Th isomeric state population in a VUV transparent crystal Reviewed

    Takahiro Hiraki, Koichi Okai, Michael Bartokos, Kjeld Beeks, Hiroyuki Fujimoto, Yuta Fukunaga, Hiromitsu Haba, Yoshitaka Kasamatsu, Shinji Kitao, Adrian Leitner, Takahiko Masuda, Ming Guan, Nobumoto Nagasawa, Ryoichiro Ogake, Martin Pimon, Martin Pressler, Noboru Sasao, Fabian Schaden, Thorsten Schumm, Makoto Seto, Yudai Shigekawa, Kotaro Shimizu, Tomas Sikorsky, Kenji Tamasaku, Sayuri Takatori, Tsukasa Watanabe, Atsushi Yamaguchi, Yoshitaka Yoda, Akihiro Yoshimi, Koji Yoshimura

    Nature Communications   15 ( 1 )   2024.7

     More details

    Publishing type:Research paper (scientific journal)   Publisher:Springer Science and Business Media LLC  

    Abstract

    The radioisotope thorium-229 (229Th) is renowned for its extraordinarily low-energy, long-lived nuclear first-excited state. This isomeric state can be excited by vacuum ultraviolet (VUV) lasers and 229Th has been proposed as a reference transition for ultra-precise nuclear clocks. To assess the feasibility and performance of the nuclear clock concept, time-controlled excitation and depopulation of the 229Th isomer are imperative. Here we report the population of the 229Th isomeric state through resonant X-ray pumping and detection of the radiative decay in a VUV transparent 229Th-doped CaF2 crystal. The decay half-life is measured to 447(25) s, with a transition wavelength of 148.18(42) nm and a radiative decay fraction consistent with unity. Furthermore, we report a new “X-ray quenching” effect which allows to de-populate the isomer on demand and effectively reduce the half-life. Such controlled quenching can be used to significantly speed up the interrogation cycle in future nuclear clock schemes.

    DOI: 10.1038/s41467-024-49631-0

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    Other Link: https://www.nature.com/articles/s41467-024-49631-0

  • Experimental apparatus for detection of radiative decay of $$^{229}$$Th isomer from Th-doped CaF$$_2$$ Reviewed

    Takahiro Hiraki on behalf of the collaboration

    Hyperfine Interactions   245 ( 1 )   2024.1

     More details

    Publishing type:Research paper (scientific journal)   Publisher:Springer Science and Business Media LLC  

    DOI: 10.1007/s10751-024-01844-x

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    Other Link: https://link.springer.com/article/10.1007/s10751-024-01844-x/fulltext.html

  • Application of transition-edge sensor for micro-X-ray fluorescence measurements and micro-X-ray absorption near edge structure spectroscopy: a case study of uranium speciation in biotite obtained from uranium mine Reviewed

    Takumi Yomogida, Tadashi Hashimoto, Takuma Okumura, Shinya Yamada, Hideyuki Tatsuno, Hirofumi Noda, Ryota Hayakawa, Sayuri Takatori, Shinji Okada, Tadaaki Isobe, Takahiro Hiraki, Toshiki Sato, Yuichi Toyama, Yuto Ichinohe, Oki Sekizawa, Kiyofumi Nitta, Yuichi Kurihara, Shigeru Fukushima, Tomoya Uruga, Yoshihiro Kitatsuji, Yoshio Takahashi

    The Analyst   2024

     More details

    Publishing type:Research paper (scientific journal)   Publisher:Royal Society of Chemistry (RSC)  

    In this study, we successfully applied a transition-edge sensor (TES) spectrometer as a detector for microbeam X-ray measurements from a synchrotron X-ray light source in hard X-ray region to determine...

    DOI: 10.1039/d4an00059e

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Books

  • ミューオニウム精密レーザー分光実験@J-PARC

    植竹智, 平木貴宏, 鈴木一仁, 吉田光宏

    高エネルギーニュース  2021.3 

     More details

  • Artificial Production of the Lowest Energy Nuclear Excited State, 229mTh

    ( Role: Joint author)

    2020.5 

     More details

  • T2K実験ニュートリノ振動の同時解析結果と反ニュートリノ振動の最初の結果

    平木貴宏, 田中秀和, Christophe Bronner( Role: Joint author ,  1-3, 5章)

    高エネルギーニュース  2015.8 

     More details

MISC

  • Development of the ionization laser for J-PARC muon g-2 experiment

    上岡修星, 吉田光宏, 石田勝彦, 三部勉, 原秀明, 平木貴宏, 今井康貴, 増田孝彦, 宮本祐樹, 植竹智, 山基真佑, 吉村浩司, 鈴木一仁

    日本物理学会講演概要集(CD-ROM)   79 ( 1 )   2024

  • Development of apparatus for laser excitation of Th-229 isomer

    大懸遼一郎, BEEKS Kjeld, BARTOKOS Michael, 福永優太, GUAN M., 平木貴宏, 増田孝彦, 宮本祐樹, 岡井晃一, 清水航太朗, SHADEN Fabian, SCHUMM Thorsten, 笹尾登, 高取沙悠理, 植竹智, 吉村太彦, 吉見彰洋, 吉村浩司

    日本物理学会講演概要集(CD-ROM)   79 ( 1 )   2024

  • Search for vacuum-ultraviolet photon by deexcitation of the nuclear isomeric state of thorium-229

    平木貴宏, BEEKS Kjeld, 藤本弘之, 福永優太, GUAN M., 羽場宏光, 笠松良崇, 北尾真司, 小無健司, 増田孝彦, 永澤延元, 岡井晃一, 笹尾登, SCHADEN Fabian, SCHUMM Thorsten, 瀬戸誠, 重河優大, 高取沙悠理, 玉作賢治, 植竹智, 渡部司, 渡部信, 山口敦史, 安田勇輝, 依田芳卓, 吉見彰洋, 吉村浩司, 吉村太彦

    日本物理学会講演概要集(CD-ROM)   78 ( 1 )   2023

  • Development of nuclear resonant scattering target for thorium-229 isomer level search

    福永優太, BEEKS Kjeld, 藤本弘之, 平木貴宏, GUAN M., 羽場宏光, 笠松良崇, 北尾真司, 小無健司, 増田孝彦, 永澤延元, 岡井晃一, 笹尾登, SCHADEN Fabian, SCHUMM THorsten, 瀬戸誠, 重河優大, 高取沙悠理, 玉作賢治, 植竹智, 渡部司, 渡部信, 山口敦史, 安田勇輝, 依田芳卓, 吉見彰洋, 吉村浩司, 吉村太彦

    日本物理学会講演概要集(CD-ROM)   78 ( 1 )   2023

  • Characterization of Thorium-229 doped crystals for the solid-state nuclear clock using XAFS

    高取沙悠理, BEEKS Kjeld, 藤本弘之, 福永優太, GUAN M., 羽場宏光, 平木貴宏, 笠松良崇, 北尾真司, 小無健司, 増田孝彦, 永澤延元, 大懸遼一郎, 岡井晃一, 笹尾登, SCHADEN Fabian, SCHUMM Thorsten, 瀬戸誠, 重河優大, 清水航太朗, 玉作賢治, 植竹智, 渡部司, 渡部信, 山口敦史, 山本伶, 依田芳卓, 吉見彰洋, 吉村浩司, 吉村太彦

    日本物理学会講演概要集(CD-ROM)   78 ( 2 )   2023

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Presentations

  • Excitation of Thorium-229 doped in crystals using a pulsed laser toward nuclear clocks

    Takahiro Hiraki

    The 29th International Nuclear Physics Conference (INPC 2025)  2025.5.27 

     More details

    Event date: 2025.5.25 - 2025.5.30

    Language:English   Presentation type:Oral presentation (general)  

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  • 固体中にドープされた229 Th アイソマー状態からの脱励起真空紫外光の観測

    平木貴宏

    第12 回停止・低速RI ビームを用いた核分光研究会(12th SSRI)  2023.9.4 

     More details

    Event date: 2023.9.4 - 2023.9.5

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  • Search for the nuclear isomeric state of 229 Th toward nuclear clock

    平木 貴宏

    中性子と原子で探る基礎物理  2022.8.13 

     More details

    Event date: 2022.8.12 - 2022.8.13

    Language:English   Presentation type:Oral presentation (general)  

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  • Search for the nuclear isomeric state of 229Th toward nuclear clock Invited

    Takahiro Hiraki

    Nuclear Photonics 2020  2021.6.11 

     More details

    Event date: 2021.6.7 - 2021.6.11

    Presentation type:Oral presentation (invited, special)  

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  • トリウム229アイソマー準位からの真空紫外光探索実験の現状

    平木貴宏

    日本物理学会2020年秋季大会  2020.9.15 

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    Event date: 2020.9.14 - 2020.9.17

    Language:Japanese   Presentation type:Oral presentation (general)  

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Awards

  • The 2016 Breakthrough Prize in Fundamental Physics

    2015.11   Fundamental Physics Prize Foundation  

    The T2K collaboration

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  • 高エネルギー加速器科学研究会奨励賞 諏訪賞

    2013.12   高エネルギー加速器科学研究奨励会  

    J-PARC ニュートリノビームグループ

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Research Projects

  • 固体原子核時計開発のためのトリウム229原子核の研究

    Grant number:24K00646  2024.04 - 2027.03

    日本学術振興会  科学研究費助成事業  基盤研究(B)

    平木 貴宏

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    Grant amount:\18460000 ( Direct expense: \14200000 、 Indirect expense:\4260000 )

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  • 原子核のレーザー分光に向けたトリウム229アイソマー状態からの脱励起光探索

    Grant number:21H01094  2021.04 - 2024.03

    日本学術振興会  科学研究費助成事業 基盤研究(B)  基盤研究(B)

    平木 貴宏

      More details

    Grant amount:\17290000 ( Direct expense: \13300000 、 Indirect expense:\3990000 )

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  • 原子核時計の創生に向けたトリウム229原子核の研究

    2021

    公益財団法人 伊藤科学振興会 

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  • Dark matter Axion search using quantum-coherence amplification mechanism

    Grant number:19H00686  2019.04 - 2023.03

    Japan Society for the Promotion of Science  Grants-in-Aid for Scientific Research Grant-in-Aid for Scientific Research (A)  Grant-in-Aid for Scientific Research (A)

    笹尾 登, 宮本 祐樹, 平木 貴宏, 原 秀明

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    Grant amount:\45110000 ( Direct expense: \34700000 、 Indirect expense:\10410000 )

    今年度においてはEr3+ :YSO結晶(Y2SiO5)における超放射観測を目指した。この結果、周期的な放射を繰り返す超放射現象を発見した。この現象の特徴は以下のとおりである(結晶温度は約4K度)。超放射の周期は平均160マイクロ秒である。但し平均値を中心に50マイクロ秒程度のランダムな変動がある。1つの超放射パルスの時間幅は典型的には30ナノ秒であり、これも20ナノ秒程度の幅で変動する。また超放射パルスは概ね10^12個程度の光子から成り立つ。超放射はほぼ単色であり(波長1.55マイクロメートル)、その線幅は100MHz程度以下である。測定された線幅は、結晶が有すると予想される不均一幅(1GHz)に比較して小さい。標的を変化させると閾値(約20K程度)が確認され、それ以上になると超放射は観測されなくなる。周期的な超放射現象は、知る限り報告されておらず興味深い現象であるといえよう。
    一方理論面では、引き続き様々な検討を行った。主たる成果は以下のとおりである。まず本実験は、アクシオンのみならず、ダークフォトンと呼ばれる暗黒物質候補にも感度があることを確認した。ダークフォトンは宇宙のインフレーション中に生まれるという予想もあり注目されている。また実験の観点では磁場を必要としないため、実験がやや容易となる。標的候補として冷却されたアルカリ原子を用いることも検討した。冷却アルカリ原子は十分実績のある標的である。但し我々が必要とする数量に到達するには、技術的なブレークスルーを必要とされる。我々はアルカリ原子の中でも、レーザーをより容易に準備することが可能なセシウム(Cs)原子を用いることとした。今後は、標的として、結晶及びセシウム原子の両方を理論・実験の両面から検討することとした。

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  • トリウム229極低励起エネルギー準位観測のための高密度トリウム標的の開発

    2019.04 - 2021.03

    日本学術振興会  科学研究費 若手研究 

    平木 貴宏

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    Authorship:Principal investigator  Grant type:Competitive

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Academic Activities

  • 日本物理学会 2022 年秋季大会 実行委員

    Role(s):Planning, management, etc.

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    Type:Academic society, research group, etc. 

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