Rise of Curtain of Muon Era as the Novel Quantum Chemical Probe

高エネルギー加速器研究機構と日本原子力研究開発機構との協力により建設された大強度陽子加速器J-PARCでは，新しいミュオン装置群の活用が推進されつつある．ミュオンは，静止質量は電子の約200倍，プロトン の1/9であり，電荷としては，正のミュオンμ⁺，負のミュオンμ^-という特徴のあるレプトンの一つである．また，ミュオンビームは100%偏極したスピンを有し，その磁気回転比は極めて大きいため，磁気的なプローブとしても有用であり，これまで超電導物質の物性研究等において利用されてきている．また，ミュオンは，宇宙から飛来する主たる宇宙線でもあり，近年では，この宇宙由来のミュオンを使って，ピラミッド，火山，はたまた原子炉の透視が行われてきていると同時に，J-PARCのミュオンビームラインではLiイオン電池などの分析等，産業利用が推進されつつある．ミュオンは，軽い水素原子とみなすことができ，水素原子に色をつけたような感じで，物質中における特別な水素原子の挙動の理解に有益である．材料や生体分子等の物質やそれらの反応場においてプロトン移動/電子移動反応を追跡し，構造変化との相関を理解することは極めて重要であり，まさにミュオンはそのプローブとして有効である．同時に，その計算機科学的アプローチの進展も著しく，多くの化学反応の精密な理解が進みつつある．

また，ミュオンは原子核に捕獲されると，ボーア半径にして，電子軌道よりも200倍も内側をまわり，ミュオン1s軌道へ遷移する際に，通常の特性X線よりも高エネルギー，高分解能となるミュオン特性X線を放出する．このような性質は，元素，同位体組成の詳細を知ることに有用であり，考古学，宇宙物質科学，材料科学，生命科学の発展に今後大きく寄与することが期待できる．

本ミュオン特集が，J-PARCにおける世界最大強度のミュオンビームの特徴とその利用を概観し，実際の研究利用等を紹介ミュオンという量子ビームプローブの化学分野での活用が推進され，新しいサイエンスが創出されるきっかけの一助となれば，望外の念である．

Several novel muon-instruments have been installed and developed at J-PARC (Japan Proton Accelerator Research Complex) in Tokai, Ibaraki, Japan. Muon beam is a very useful particle beam by the unique characters of muon to prove many materials involving biologically important molecules like protein and DNA. Muon plays as a magnetic probe because of the 100% polarized spin, which has been utilized in μSR spectroscopy to understand the properties of superconductor materials. Muon also behaves like a small proton, which means muon is possible to follow the proton transfer reaction as a specially marked/colored proton particle. Nuclear captured muon takes 200 times inner Bohr radius than electron orbital and emits 200 times high-energy muon characteristic X-rays, which is enable to provide very high resolution X-ray elemental analysis.

I strongly hope the muon beam will be utilized for the development of Science and Industrial usage, and I am very happy if this special issue will be attractive to many chemists.

Finally I would like to deeply thank to all of authors and editorial staffs for the publishment of this unique and important special issue of Muon Science.