物理学ニュース 2026年1月

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Most topological phases studied in photonics are Abelian: exchanging two band degeneracies in parameter space leaves the final state unchanged. Non-Abelian topology is different — the outcome depends on the order of the exchanges, which is exactly the property that makes braiding a candidate primitive for fault-tolerant quantum logic. Realizing it, however, usually demands finely tuned multiband structures that are hard to build and harder to reconfigure.

On 30 January 2026, a team from Seoul National University and collaborators in Hong Kong reported in Physical Review Letters a design framework for programmable lattices supporting non-Abelian topological photonics and braiding. Rather than fabricating one device per braiding sequence, the approach specifies how to lay out and tune couplings so that a single lattice can be steered through different exchange paths, so that different orders of exchange leave measurably different final states. Because the platform is classical light rather than fragile quantum matter, it offers a bench-top testbed for the geometry of braiding itself.

フォトニクスで研究されてきたトポロジカル相の多くは可換（Abelian）である。すなわち、パラメータ空間で2つのバンド縮退を入れ替えても最終状態は変わらない。非可換トポロジーはこれと異なり、入れ替えの順序によって結果が変わる——これこそが、編み込み（braiding）を誤り耐性量子論理の基本操作の候補たらしめている性質だ。しかしその実現には通常、精密に調整された多バンド構造が必要で、作るのも、まして作り直すのも難しかった。

2026年1月30日、ソウル大学校と香港の研究者らの共同チームは、非可換トポロジカルフォトニクスと編み込みを支えるプログラマブルな格子の設計枠組みをPhysical Review Letters誌に報告した。編み込み手順ごとに素子を作り分けるのではなく、結合の配置と調整の仕方を規定することで、単一の格子を異なる交換経路に沿って動かし、交換の順序の違いが測定可能な最終状態の差として現れるようにする。壊れやすい量子物質ではなく古典光を舞台にするため、編み込みの幾何そのものを卓上で検証する試験台となる。

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In the Standard Model, the QCD transition at a temperature of roughly 150 MeV, when quarks and gluons became confined into hadrons about ten microseconds after the Big Bang, is a smooth crossover. Nothing boils, nothing nucleates, and essentially no gravitational waves are produced. That makes it invisible to gravitational-wave astronomy — unless new physics changes its character.

On 30 January 2026, Aleksandr Chatrchyan, M. C. David Marsh and Charalampos Nikolis showed in Physical Review Letters that a light scalar field — a dilaton, whose vacuum expectation value sets the QCD scale — can drive the transition to be strongly first order. The universe would then supercool, bubbles of the hadronic phase would nucleate and collide, and the resulting stochastic gravitational-wave background would peak near nanohertz frequencies. That is precisely the band in which pulsar timing arrays have reported a stochastic signal, so the scenario is testable: it predicts a spectral shape distinguishable, in principle, from the astrophysical supermassive-black-hole-binary interpretation.

標準模型では、ビッグバンから約10マイクロ秒後、温度およそ150 MeVでクォークとグルーオンがハドロンに閉じ込められるQCD転移は、なめらかなクロスオーバーである。沸騰も泡の生成も起きず、重力波はほとんど生じない。したがって重力波天文学には見えない——新物理がその性質を変えない限りは。

2026年1月30日、A. Chatrchyan、M. C. D. Marsh、C. Nikolisの3氏はPhysical Review Letters誌に、QCDスケールを決める真空期待値をもつ軽いスカラー場「ディラトン」が、この転移を強い一次転移へと変えうることを示した。その場合、宇宙は過冷却し、ハドロン相の泡が核生成して衝突し、生じる確率的重力波背景はナノヘルツ帯にピークを持つ。これはパルサータイミングアレイが確率的信号を報告している帯域そのものであり、原理的には超大質量ブラックホール連星による天体物理的解釈とスペクトル形状で区別できるため、検証可能な筋書きとなる。

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Chirality — handedness — is normally treated as a fixed property of a molecule's equilibrium structure. Formic acid (HCOOH) is planar in its ground state and therefore achiral by that definition. But a molecule is never truly at rest: even at absolute zero, quantum zero-point motion bends it out of plane, so at any given instant an individual molecule may be left- or right-handed, with the two possibilities exactly balanced over an ensemble.

On 30 January 2026, an international collaboration led from Goethe University Frankfurt reported in Physical Review Letters a measurement of this instantaneous, single-molecule chirality. By fragmenting individual molecules and recording the momenta of the pieces in coincidence, the team reconstructed the three-dimensional arrangement of each molecule at the moment of ionization and could assign a handedness to it, even though the ensemble is racemic and the equilibrium geometry is planar. The result sharpens the distinction between structural chirality and the chirality a molecule actually possesses instant by instant — a distinction that matters for how chiral light–matter interactions are interpreted.

キラリティ（掌性）は通常、分子の平衡構造が持つ固定的な性質として扱われる。ギ酸（HCOOH）は基底状態で平面構造をとるため、その定義では非キラルである。しかし分子が完全に静止することはない。絶対零度でさえ量子的な零点運動によって分子は面外に曲がるため、任意の瞬間には個々の分子が左手型にも右手型にもなりうる——集団平均では両者はぴったり釣り合う。

2026年1月30日、ゲーテ大学フランクフルトを中心とする国際共同研究チームは、この「瞬間的な単一分子キラリティ」の測定をPhysical Review Letters誌に報告した。個々の分子を解離させ、破片の運動量を同時計測することで、イオン化した瞬間の分子の三次元配置を再構成し、集団としてはラセミ体で平衡構造が平面であるにもかかわらず、一分子ごとに利き手を割り当てることができた。この成果は、構造的キラリティと、分子が瞬間ごとに実際に持つキラリティとの区別を明確にする。両者の区別は、キラルな光と物質の相互作用をどう解釈するかに関わる重要な論点である。

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Dirac semimetals host points where two doubly degenerate bands touch, and the stability of those touchings is usually guaranteed by crystal symmetry. In magnetic materials the bookkeeping becomes subtler: magnetic order breaks time reversal, and what survives are combined operations such as time reversal followed by a translation or a spatial rotation. Which Dirac points are protected, and what distinguishes one from another, has been correspondingly murky.

On 30 January 2026, Kohei Hattori, Hikaru Watanabe and Ryotaro Arita (University of Tokyo and RIKEN) proposed in Physical Review Letters a topological quantity they call the Dirac charge, defined for antiferromagnetic topological semimetals. The charge classifies Dirac points according to the magnetic symmetry that protects them and constrains how they can be created, moved or annihilated as the magnetic order or other parameters change. Because antiferromagnets are attractive for spintronics (they are robust against stray fields and have fast dynamics), a sharper topological classification of their band crossings is directly useful for material search.

ディラック半金属では二重縮退したバンド同士が接する点が現れ、その安定性は通常、結晶対称性によって保証される。ところが磁性体ではこの勘定が微妙になる。磁気秩序は時間反転対称性を破り、残るのは「時間反転＋並進」や「時間反転＋空間回転」といった複合操作だからである。どのディラック点が保護され、互いに何が違うのかは、それに応じて曖昧なままだった。

2026年1月30日、K. Hattori、H. Watanabe、R. Arita（東京大学・理化学研究所）の3氏はPhysical Review Letters誌に、反強磁性トポロジカル半金属に対して定義される「ディラック電荷（Dirac charge）」というトポロジカル量を提案した。この電荷はディラック点を、それを保護する磁気対称性に応じて分類し、磁気秩序やその他のパラメータの変化に伴ってディラック点がどのように生成・移動・対消滅できるかを制約する。反強磁性体は迷走磁場に強く動作が高速なためスピントロニクスの有力候補であり、そのバンド交差のより鋭いトポロジカル分類は材料探索に直結する。

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On 29 January 2026, the LIGO–Virgo–KAGRA collaborations published in Physical Review Letters a detailed analysis of GW250114 — the loudest gravitational-wave signal detected to date. The signal was recorded by the two LIGO detectors on 14 January 2025 from the merger of two black holes, with an exceptionally high signal-to-noise ratio.

Because it is so loud, GW250114 enables "black-hole spectroscopy." After the merger, the newly formed black hole "rings down," emitting a spectrum of damped oscillations (quasinormal modes) whose frequencies and decay times are fixed by the remnant's mass and spin. The analysis finds that the post-merger signal requires at least two quasinormal modes, and that the dominant quadrupolar mode and its first overtone match the predictions of the Kerr metric — Einstein's rotating–black-hole solution — to within tens of percent. The authors describe it as the most stringent single-event test of general relativity and of the Kerr nature of black holes to date. A companion paper used the same event to test Hawking's black-hole area law.

2026年1月29日、LIGO・Virgo・KAGRAの国際共同研究は、これまでに検出された中で最も「音量の大きい」重力波信号GW250114の詳細解析をPhysical Review Letters誌に発表した。この信号は2025年1月14日、2台のLIGO検出器が2つのブラックホールの合体から極めて高い信号対雑音比で記録したものである。

信号が非常に強いため、GW250114では「ブラックホール分光（black-hole spectroscopy）」が可能になる。合体後、新たに誕生したブラックホールは「リングダウン」して減衰振動（準固有振動モード, quasinormal mode）のスペクトルを放出し、その振動数と減衰時間は残されたブラックホールの質量とスピンだけで決まる。解析の結果、合体後の信号には少なくとも2つの準固有振動モードが必要であり、主要な四重極モードとその第一倍音が、アインシュタインの回転ブラックホール解であるカー計量の予言と数十%の精度で一致した。著者らはこれを、単一イベントによる一般相対論とブラックホールのカー性に対する史上最も厳密な検証と位置づけている。なお、姉妹論文では同じイベントを用いてホーキングのブラックホール面積定理が検証された。

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Graphene multilayers have become a favourite playground for the interplay of electron correlation and topology, because their low-energy Dirac bands carry a large quantum metric and Berry curvature. Most routes to strongly correlated flat bands, however, run through twisting — stacking layers at a magic angle. On 29 January 2026, a team from Würzburg, Hamburg, Stony Brook and the Flatiron Institute reported in Physical Review Letters a different route.

The authors studied Mott physics and local spin moments in Dirac bands hybridized with a flat band of localized orbitals in functionalized graphene. By tuning the hybridization, they drive a topological transition between two symmetry-distinct "site-selective" Mott states, in which the local moments sit at different Wyckoff positions of the lattice — in effect, the magnetic moments switch their real-space home. In between the two states, a geometrically enforced metallic phase emerges. Because the mechanism relies on quantum geometry rather than on a magic twist angle, it suggests an alternative and potentially more robust platform for correlated flat-band physics than twisted bilayer graphene.

グラフェン多層系は、低エネルギーのディラックバンドが大きな量子計量（quantum metric）とベリー曲率を持つため、電子相関とトポロジーの相互作用を探る格好の舞台となってきた。だが強相関な平坦バンドを作る道筋の多くは「ねじり」——マジック角での積層——を経由する。2026年1月29日、ヴュルツブルク大学・ハンブルク大学・ストーニーブルック大学・フラットアイアン研究所のチームは、それとは異なる道をPhysical Review Letters誌に報告した。

著者らは、官能基化されたグラフェンにおいて、局在軌道の平坦バンドと混成したディラックバンド中のモット物理と局在スピンモーメントを調べた。混成の強さを調節することで、対称性の異なる2つの「サイト選択的モット状態」の間の位相転移を引き起こす。この2つの状態では局在モーメントが格子の異なるワイコフ位置に座る——つまり磁気モーメントが実空間での居場所を切り替える。その中間には、幾何学的に強制された金属相が現れる。マジック角ではなく量子幾何に依拠する機構であるため、ねじれ二層グラフェンに代わる、より頑健になりうる強相関平坦バンドの舞台を示唆している。

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Cold dark matter simulations predict that the Milky Way's halo is lumpy, filled with subhalos down to very small masses. Detecting one directly is hard because a subhalo made of dark matter emits nothing; its only handle on the visible universe is gravity. One consequence, however, is measurable: a nearby subhalo tugs on stars and pulsars, and a pulsar that is being accelerated along our line of sight shows an anomalous drift in its spin period.

On 29 January 2026, Sukanya Chakrabarti, Philip Chang, Stefano Profumo and Peter Craig reported in Physical Review Letters that the growing set of precisely measured pulsar accelerations can be turned into limits on any dark matter subhalo in the solar neighbourhood. Because the induced acceleration field has a distinctive spatial pattern, an ensemble of pulsars scattered across the sky constrains both the mass of a candidate subhalo and how close it could be. The method is complementary to gravitational lensing and stellar-stream searches, and it improves automatically as pulsar timing campaigns accumulate baseline.

冷たい暗黒物質のシミュレーションは、天の川銀河のハローが一様ではなく、非常に小さな質量まで無数のサブハローで満たされていると予言する。だが暗黒物質だけでできたサブハローは何も放射しないため、直接検出は難しく、可視の宇宙とをつなぐ唯一の手がかりは重力である。しかしその帰結の一つは測定可能だ。近傍のサブハローは恒星やパルサーを引っ張り、視線方向に加速されたパルサーは自転周期に異常な変化率を示す。

2026年1月29日、S. Chakrabarti、P. Chang、S. Profumo、P. Craigの4氏はPhysical Review Letters誌に、精密に測定されたパルサー加速度のデータが増えつつある現状を利用して、太陽近傍の暗黒物質サブハローに制限を与えられると報告した。誘起される加速度場は特徴的な空間パターンを持つため、全天に散らばるパルサーの集団を用いれば、候補サブハローの質量とその接近距離の両方を制限できる。この手法は重力レンズや恒星流を用いた探索と相補的であり、パルサータイミング観測の期間が延びるほど自動的に感度が向上する。

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Put a material inside an optical cavity and the electromagnetic vacuum stops being a passive backdrop: even with no photons present, vacuum fluctuations hybridize with the electrons and can reshape the ground state. Most cavity-materials proposals treat this as a perturbative dressing. What happens when the coupling is strong enough for the vacuum to undergo a phase transition of its own?

On 29 January 2026, a team from the University of Hong Kong and collaborators reported in Physical Review Letters that a deep-subwavelength cavity embedding a moiré superlattice realizes an "all-to-one" coupling, in which every electron in the superlattice talks to the same single cavity mode. In that regime the authors find a dual spontaneous symmetry breaking: parity is broken simultaneously in the cavity vacuum and in the electronic ground state. The material consequence is gyrotropy — the emergence of optical activity and related magneto-electric responses without any applied magnetic field or circularly polarized drive. It is a concrete proposal for using cavity vacuum fluctuations not merely to tune a material but to give it a new broken symmetry.

物質を光共振器（キャビティ）の中に置くと、電磁場の真空はもはや受動的な背景ではなくなる。光子が1個も存在しなくても、真空ゆらぎが電子と混成し、基底状態を作り変えうるのだ。キャビティ物質科学の提案の多くはこれを摂動的な「着衣」として扱う。では結合が十分強く、真空自身が相転移を起こすほどになったら何が起きるのか。

2026年1月29日、香港大学らの共同チームはPhysical Review Letters誌に、深サブ波長キャビティにモアレ超格子を埋め込むと「全対一（all-to-one）」結合——超格子中のすべての電子が同一の単一キャビティモードと結合する状況——が実現すると報告した。この領域で著者らは二重の自発的対称性の破れを見出した。すなわち、キャビティ真空と電子基底状態の両方で同時にパリティが破れる。物質側の帰結は旋光性（gyrotropy）である。外部磁場も円偏光励起もなしに、光学活性やそれに関連する磁気電気応答が現れる。キャビティ真空ゆらぎを、物質の調整に使うだけでなく、新たな対称性の破れを与えるために使うという具体的な提案だ。

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When a quantum many-body system is periodically or randomly "driven," it usually absorbs energy and heats up toward a featureless, infinite-temperature state, destroying any interesting structure. On 28 January 2026, a team from the Institute of Physics of the Chinese Academy of Sciences and collaborators reported in Nature that they used a two-dimensional superconducting quantum processor, Chuang-tzu 2.0 — 78 qubits arranged in a 6×13 lattice with 137 tunable couplers — to observe a long-lived "prethermal" regime in which heating is dramatically suppressed.

The system was initialized in a density-wave pattern and driven by sequences of structured random pulses characterized by an integer "multipolar order" n. By tracking the particle-number imbalance and the growth of subsystem entanglement entropy over up to 1,000 driving cycles, the team observed a prethermal plateau whose lifetime is "doubly tunable": it can be extended both by raising the driving frequency and by increasing n, growing algebraically with frequency with a universal exponent 2n+1. They also saw a crossover from area-law to volume-law entanglement. Because the dynamics of 78 interacting qubits in two dimensions lie beyond tensor-network simulation, the result showcases superconducting processors as a tool for probing non-equilibrium phases that classical computers cannot easily reach.

量子多体系を周期的・ランダムに「駆動」すると、通常はエネルギーを吸収して加熱し、特徴のない無限温度状態へと向かってしまい、興味深い構造は失われる。しかし2026年1月28日、中国科学院物理研究所と共同研究チームは、二次元超伝導量子プロセッサ「荘子（Chuang-tzu）2.0」——6×13の格子に並んだ78量子ビットと137個の可調カプラー——を用いて、加熱が劇的に抑制される長寿命の「前熱平衡（prethermal）」領域を観測したとNature誌に発表した。

系を密度波状態に初期化し、整数の「多極子次数（multipolar order）n」で特徴づけられる構造化されたランダムパルス列で駆動した。最大1,000サイクルにわたり粒子数インバランスと部分系のエンタングルメントエントロピーの成長を追跡したところ、前熱平衡プラトーが現れ、その寿命は「二重に調節可能」であることが示された——駆動周波数を上げても、nを増やしても伸び、周波数に対して普遍的指数2n+1で代数関数的に長くなる。また面積則から体積則へのエンタングルメントスケーリングのクロスオーバーも観察された。二次元の78量子ビットのダイナミクスはテンソルネットワーク法による古典シミュレーションの限界を超えており、超伝導プロセッサが古典計算機では届かない非平衡相を探る有力なプラットフォームであることを示した。

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Arrays of neutral atoms and optical-cavity quantum electrodynamics (cavity QED) have grown into two of the central platforms of experimental quantum science, but combining them has been difficult: previous experiments could only couple an entire atom array to a single shared cavity mode, limiting addressability and scalability. On 28 January 2026, a Stanford-led team (Jonathan Simon’s group) reported in Nature a "cavity-array microscope" that gives each atom its own cavity.

The design uses intra-cavity lenses and a microlens array to engineer a two-dimensional array of more than 40 micron-scale cavity modes — in one configuration, 43 modes producing 86 fluorescence spots — each strongly coupled to a single rubidium atom held in free space, with above-unity peak cooperativity and without any nanophotonic structures near the atoms. This parallel, individually addressable atom–cavity interface is a promising route to fast non-destructive atom readout, large-scale quantum networks, and engineered hybrid atom–photon Hamiltonians, and is compatible with the geometries used in Rydberg atom-array quantum computers.

中性原子のアレイと光共振器量子電磁力学（空洞QED）は、実験量子科学の中核をなす二大プラットフォームへと発展してきたが、両者の組み合わせは難しかった——従来の実験では原子アレイ全体をただ一つの共有空洞モードに結合するだけで、アドレッシング性や拡張性が制限されていた。2026年1月28日、スタンフォード大学（ジョナサン・サイモンらのグループ）は、各原子にそれぞれ専用の空洞を与える「空洞アレイ顕微鏡」をNature誌に発表した。

この設計では、空洞内レンズとマイクロレンズアレイを用いて、ミクロンスケールの空洞モードを40以上二次元状に作り出し（ある構成では43モードが86個の蛍光スポットを生成）、それぞれが自由空間に保持された単一のルビジウム原子に強結合する。原子の近くにナノフォトニクス構造を置かずに、ピーク協同性（cooperativity）が1を超える強結合を実現した。この並列かつ個別アドレッシング可能な原子–空洞インターフェースは、高速で非破壊的な原子読み出し、大規模量子ネットワーク、原子–光子ハイブリッドハミルトニアンの実装への有望な道を開き、リュードベリク原子アレイ型量子コンピュータの幾何配置とも互換である。

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"Runaway stars" are stars hurtling through the galaxy at unusually high speeds, having been flung away from the regions where they were born. A team led by the Institute of Cosmos Sciences of the University of Barcelona (ICCUB) and the Institute of Space Studies of Catalonia (IEEC), with the Instituto de Astrofísica de Canarias (IAC), has carried out the most extensive observational study to date of massive O-type runaway stars in our Milky Way, analysing their rotation and binarity.

Two competing scenarios are thought to launch such stars: the "dynamical ejection" scenario, in which gravitational interactions in a dense young cluster fling a star out, and the "binary supernova" scenario, in which the supernova explosion of a companion in a binary system kicks the surviving star away. By statistically characterising how fast these O-type runaways spin and how often they have binary companions, the study helps disentangle which mechanism dominates and flags new candidates for exotic systems — including high-energy binaries that may host neutron stars or black holes. The results were published in Astronomy & Astrophysics.

「逃走星（runaway star）」とは、生まれた領域から弾き飛ばされ、銀河を異常に高速で移動している星である。バルセロナ大学宇宙科学研究所（ICCUB）とカタルーニャ宇宙研究所（IEEC）、およびカナリア諸島天体物理学研究所（IAC）が主導したチームは、天の川銀河における大質量のO型逃走星について、その自転と連星性を解析した、これまでで最も大規模な観測的研究を行った。

こうした星を放出するシナリオは二つ競合している。一つは「力学的放出（dynamical ejection）」で、密集した若い星団内の重力相互作用で星がはじき飛ばされる。もう一つは「連星超新星（binary supernova）」で、連星系の伴星が超新星爆発を起こし、生き残った星が蹴り飛ばされる。これらO型逃走星の自転速度と連星伴星を持つ頻度を統計的に特徴づけることで、どちらのメカニズムが優勢かを見極め、中性子星やブラックホールを伴う高エネルギー連星など、エキゾチックな天体の新たな候補を見つけやすくなる。成果はAstronomy & Astrophysics誌に発表された。

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Superfluids flow without resistance and are usually regarded as a low-temperature ground state — once formed, they keep flowing indefinitely. On 28 January 2026, a Columbia-led team (C. R. Dean’s and J. I. A. Li’s groups, first author Yihang Zeng) reported in Nature that they observed the opposite behaviour in a system of excitons: an insulating phase that “melts” into a superfluid as conditions change.

The excitons — bound pairs of an electron in one layer and a hole in an adjacent layer — were hosted in a graphene double-layer structure — two closely spaced but electrically isolated graphene layers — under an applied magnetic field (magnetoexcitons). By tuning the spacing between excitons through the layer charge imbalance, the team drove a transition between a superfluid state (in which the paired excitons flow coherently) and an insulating state (in which they lock in place). Observing an insulating phase that gives way to a superfluid is, in the authors’ words, unprecedented, and the platform offers a clean, tunable route to study strongly correlated bosons and long-standing questions about supersolidity in a solid-state setting.

超流動は抵抗なく流れ、通常は低温の基底状態と見なされる——一度形成されれば永遠に流れ続ける。しかし2026年1月28日、コロンビア大学を中心とするチーム（C. R. DeanとJ. I. A. Liの両グループ、筆頭著者はYihang Zeng）は、エキシトン系でその逆の振る舞い——条件変化によって絶縁体相が超流動へと「融ける」——を観測したとNature誌に発表した。

このエキシトンは、一方の層の電子と隣接層の正孔が束縛した対（磁場下で形成される磁気エキシトン）で、電気的に絶縁された近接二層からなるグラフェン二重層構造中に保持された。層間の電荷不均衡を介してエキシトン間の間隔を調節することで、対をなすエキシトンがコヒーレントに流れる超流動状態と、その場に固定される絶縁体状態の間の転移を引き起こした。絶縁体相が超流動へと移ろう様子を観測したのは前例がなく、このプラットフォームは強相関ボソンや、固体中の超固体をめぐる長年の問いを、清浄かつ可調な形で探る道を開く。

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Galaxy clusters assemble hierarchically, and their hot X-ray-emitting atmospheres are usually taken to be a late-time feature: gas must fall into a deep potential well and be shock-heated to tens of millions of degrees. Finding such an atmosphere in the first billion years of cosmic history would imply that in some regions structure formation ran considerably ahead of the average.

In Nature on 28 January 2026, a team led by Ákos Bogdán reported the discovery of an X-ray-emitting protocluster at redshift z = 5.68 — merely about one billion years after the Big Bang. The detection indicates that large-scale structure must have formed more rapidly in some parts of the early universe than previously thought, adding to a growing set of early-universe observations, from massive galaxies to early black holes, that press on the standard timeline of cosmic assembly.

銀河団は階層的に組み上がり、その高温でX線を放つ「大気」は通常、後期に現れる特徴とみなされる。ガスが深い重力ポテンシャルに落ち込み、衝撃波で数千万度まで加熱される必要があるからだ。宇宙史の最初の10億年でそのような大気が見つかれば、一部の領域では構造形成が平均よりかなり先行していたことを意味する。

2026年1月28日のNature誌で、アーコシュ・ボグダンらのチームは、赤方偏移z = 5.68——ビッグバンからわずか約10億年後——にX線を放射する原始銀河団を発見したと報告した。この検出は、初期宇宙の一部で大規模構造が従来考えられていたよりも急速に形成されたに違いないことを示す。大質量銀河から初期ブラックホールまで、宇宙の組み上がりの標準的な時間軸に圧力をかける初期宇宙観測の一群に、また一つ加わった形である。

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Twisted bilayer MoTe₂ hosts Chern insulators — states whose Hall response is quantized by a topological integer — including fractional Chern insulators, the zero-magnetic-field analogue of the fractional quantum Hall effect. These states rest on a spontaneously chosen spin/valley polarization of the itinerant electrons, which fixes the sign of the Chern number. Until now that choice has been set at cooldown or by a magnetic field, not steered at will.

Two papers published together in Nature on 28 January 2026 showed that circularly polarized light can do the steering. By optically pumping the itinerant ferromagnet in twisted MoTe₂ homobilayers, the teams oriented the spin polarization and thereby controlled the topological Chern number — switching between integer and fractional Chern insulating states, and reversing their sign, with light alone. Optical control of a topological invariant offers a fast, local handle on states that were previously addressed only through slow, global parameters.

ねじれ二層MoTe₂は、ホール応答がトポロジカルな整数で量子化されるチャーン絶縁体を保持し、そこには零磁場での分数量子ホール効果に相当する分数チャーン絶縁体も含まれる。これらの状態は遍歴電子のスピン／バレー偏極が自発的に選ばれることに立脚し、その選択がチャーン数の符号を決める。しかしこれまで、その選択は冷却時か磁場によって決まるもので、思い通りに操れるものではなかった。

2026年1月28日にNature誌で同時に公表された2本の論文は、円偏光がその舵取りをできることを示した。ねじれMoTe₂ホモ二層の遍歴強磁性を光ポンピングすることでスピン偏極を配向させ、トポロジカルなチャーン数を制御——整数チャーン絶縁体と分数チャーン絶縁体の間を切り替え、その符号を反転させることに光だけで成功した。トポロジカル不変量の光制御は、これまで遅く大域的なパラメータでしか操作できなかった状態に、高速かつ局所的な取っ手を与える。

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Optical parametric amplifiers amplify light directly, without the limited bandwidth of amplifiers based on excited atoms, and — when operated phase-sensitively — they can in principle amplify without adding noise, escaping the half-quantum penalty that any phase-insensitive linear amplifier must pay. Integrating them on thin-film lithium niobate is attractive for photonic circuits, but the pump powers required have generally been too high for practical, chip-scale systems.

In Nature on 28 January 2026, a Stanford-based team led by Amir Safavi-Naeini reported an integrated optical parametric amplifier on thin-film lithium niobate that achieves more than 17 dB of gain with less than 200 mW of input power, by resonantly enhancing the second-harmonic field that mediates the parametric process. Bringing high-gain, low-noise amplification down to modest on-chip power budgets is a practical enabler for photonic computing, quantum optics with squeezed light, and optical communications.

光パラメトリック増幅器は、励起原子を用いる増幅器のような帯域制限なしに光を直接増幅できる。しかも位相感応（phase-sensitive）動作をさせれば、位相非感応の線形増幅器が必ず支払う「半量子」の雑音代償を免れ、原理的に無雑音での増幅が可能である。薄膜ニオブ酸リチウム上への集積はフォトニック回路にとって魅力的だが、必要なポンプ強度が高すぎて、実用的なチップスケール系には向かないのが一般的だった。

2026年1月28日のNature誌で、アミール・サファビ＝ナイニ率いるスタンフォード大学のチームは、薄膜ニオブ酸リチウム上の集積光パラメトリック増幅器で、200 mW未満の入力で17 dBを超える利得を達成したと報告した。パラメトリック過程を仲介する第二高調波場を共鳴的に増強することが鍵である。高利得・低雑音の増幅を控えめなオンチップ電力で実現できることは、フォトニック計算、スクイーズド光を用いる量子光学、光通信を後押しする実用的な前進である。

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Crystals can be solved because diffraction from a periodic lattice concentrates structural information into sharp peaks. Glasses and other amorphous solids have no such periodicity, so their structure has traditionally been described only statistically, through pair-distribution functions. Atomic electron tomography — reconstructing a specimen in three dimensions from a tilt series of electron micrographs — promises actual atomic coordinates instead, but noise and missing data make reliability a serious question.

Two Analysis papers published in Nature on 28 January 2026 addressed both sides of this. A team including Jianwei Miao presented a quantitative framework that enables reliable determination of three-dimensional atomic coordinates and elemental identities in amorphous materials; a companion study used simulations to establish how much structural and chemical information atomic-resolution tomography can and cannot extract from noisy electron images. Together they turn atom-by-atom imaging of disordered matter into a measurement with stated error bars — a prerequisite for testing theories of the glassy state.

結晶の構造が解けるのは、周期格子からの回折が構造情報を鋭いピークに集中させるからである。ガラスをはじめとするアモルファス固体にはその周期性がなく、構造は伝統的に二体分布関数のような統計量でしか記述されてこなかった。原子分解能電子トモグラフィー——傾斜させて撮った電子顕微鏡像の系列から試料を三次元再構成する手法——は実際の原子座標を与えると期待されるが、雑音と欠測データのために信頼性が深刻な問題となる。

2026年1月28日にNature誌で公表された2本のAnalysis論文が、その両面に取り組んだ。ジエンウェイ・ミャオ（Jianwei Miao）を含むチームは、アモルファス物質の三次元原子座標と元素種を信頼性高く決定する定量的枠組みを提示した。併載の研究はシミュレーションにより、雑音を含む電子像から原子分解能トモグラフィーがどれだけの構造・化学情報を引き出せるのか、その限界を確定した。両者は乱れた物質の原子ごとの可視化を、誤差を明示した「測定」へと変える。ガラス状態の理論を検証するための前提条件である。

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A standard result in optics says a free-standing conductive film thinner than the wavelength cannot absorb more than half the light falling on it, no matter how its conductivity is chosen: the rest is split between reflection and transmission. This intrinsic 50% ceiling has shaped the design of thin-film absorbers, bolometers and terahertz detectors for decades, and the usual way around it is to add a mirror, a substrate or a resonant cavity behind the film.

On 28 January 2026, a team from Soochow University and Nanjing University reported in Physical Review Letters — highlighted as a Featured in Physics article — that the limit is not as absolute as it looks. At grazing incidence, where light skims the surface almost parallel to it, the interplay between the film's surface conductivity and the strongly asymmetric field profile allows absorption well above the conventional bound, for films of essentially arbitrary thinness. Since the enhancement requires only geometry rather than an added back reflector, it points to simpler ultrathin absorbers and to a re-examination of grazing-incidence optics in general.

光学の標準的な結果として、波長より薄い自立導電膜は、伝導率をどう選んでも入射光の半分より多くは吸収できないとされる。残りは反射と透過に分かれるからだ。この本質的な50%の上限は、数十年にわたり薄膜吸収体・ボロメータ・テラヘルツ検出器の設計を規定してきた。通常の回避策は、膜の背後に鏡や基板、共振器を置くことである。

2026年1月28日、蘇州大学と南京大学のチームはPhysical Review Letters誌に——Featured in Physicsとして注目記事に選ばれた論文で——この限界が見かけほど絶対的ではないと報告した。光が面をほぼ平行にかすめる「かすめ入射（grazing incidence）」では、膜の面伝導率と強く非対称な電磁場分布との相互作用によって、実質的に任意の薄さの膜で従来の上限を大きく超える吸収が可能になる。増強に必要なのは背面反射体の追加ではなく幾何配置だけであるため、より単純な超薄膜吸収体への道を示すとともに、かすめ入射光学全般の再検討を促す。

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In 2025 the KM3NeT collaboration reported KM3-230213A, a muon neutrino with an inferred energy of roughly 220 PeV — by a wide margin the most energetic neutrino ever detected, and awkwardly bright compared with what IceCube's non-detections at similar energies would suggest. Its origin remains open, and any single-source explanation has to account for why no comparable events have been seen elsewhere.

On 28 January 2026, Lua Airoldi, Gustavo Alves, Yuber Perez-Gonzalez, Gabriel Salla and Renata Zukanovich Funchal asked in Physical Review Letters whether the final burst of an evaporating primordial black hole could be responsible. A black hole ends its life by radiating at ever-rising temperature, so the last moments produce an intense, hard spectrum of every particle species, neutrinos included. The authors work out the neutrino flux from such an explosion and compare it against the KM3NeT event and against the constraints implied by IceCube's null results. The exercise is valuable independently of the answer: it converts a single anomalous event into a quantitative bound on the local rate of primordial black hole explosions.

2025年、KM3NeT共同研究は、推定エネルギー約220 PeVのミューニュートリノ事象KM3-230213Aを報告した。これは検出された中で群を抜いて最高エネルギーのニュートリノであり、同程度のエネルギー帯でIceCubeが何も検出していないことと比べると、いささか明るすぎる。その起源は未解決であり、単一天体で説明する仮説は、なぜ同等の事象が他に見られないのかも説明しなければならない。

2026年1月28日、L. Airoldi、G. Alves、Y. Perez-Gonzalez、G. Salla、R. Zukanovich Funchalの5氏はPhysical Review Letters誌で、蒸発する原始ブラックホールの最終爆発がその原因たりうるかを問うた。ブラックホールは温度を上げながら放射して一生を終えるため、最後の瞬間にはニュートリノを含むあらゆる粒子種の強く硬いスペクトルを生み出す。著者らはそうした爆発によるニュートリノ流束を計算し、KM3NeT事象およびIceCubeの非検出が課す制限と比較した。この作業は答えの如何によらず価値がある。単一の異常事象を、原始ブラックホール爆発の局所発生率に対する定量的な上限へと変換するからである。

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Ta₂NiSe₅ has been the leading candidate for an excitonic insulator, a phase predicted in the 1960s in which electrons and holes spontaneously bind into excitons and condense. The material undergoes a structural and electronic transition near 325 K, but for more than a decade it has been disputed whether that transition is driven by the electronic (excitonic) instability or is simply a lattice instability — a soft acoustic shear mode — with the electronic changes following along.

On 28 January 2026, Elliott Rosenberg, Joss Ayres-Sims, Andrew Millis, David Cobden and Jiun-Haw Chu (University of Washington and Columbia University) reported in Physical Review Letters an elastocaloric study that separates the two. The elastocaloric effect measures the temperature change produced by applied strain and is therefore a direct probe of which symmetry channel carries the entropy of the transition. The data show that the transition, observed at about 324 K, is driven by a nonacoustic instability rather than by an acoustic shear mode — strengthening the case that Ta₂NiSe₅'s transition is largely excitonic in nature, and demonstrating elastocaloric measurement as a discriminating tool for coupled electronic–structural transitions generally.

Ta₂NiSe₅は励起子絶縁体の最有力候補とされてきた。励起子絶縁体は1960年代に予言された相で、電子と正孔が自発的に束縛して励起子となり凝縮する状態である。この物質は約325 K付近で構造的かつ電子的な転移を示すが、その駆動力が電子的（励起子的）不安定性なのか、それとも単に格子不安定性——柔らかくなる音響的ずれモード——であって電子状態の変化はそれに追随しているだけなのか、10年以上にわたり論争が続いてきた。

2026年1月28日、E. Rosenberg、J. Ayres-Sims、A. Millis、D. Cobden、J.-H. Chu（ワシントン大学・コロンビア大学）はPhysical Review Letters誌に、この二つを切り分ける弾性熱量（エラストカロリック）測定を報告した。弾性熱量効果は歪みを加えたときの温度変化を測るもので、転移のエントロピーがどの対称性チャンネルに担われているかを直接調べられる。データは、約324 Kで観測される転移が音響的ずれモードではなく非音響的な不安定性に駆動されていることを示した。これはTa₂NiSe₅の転移が主として励起子的であるという主張を強めるとともに、電子と構造が結合した相転移一般に対して弾性熱量測定が識別力を持つ手法であることを示している。

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Dark matter cannot carry an ordinary electric charge — it would interact far too strongly with normal matter to have stayed invisible. But many extensions of the Standard Model predict particles with a tiny fractional charge, many orders of magnitude smaller than the electron's. These "millicharged" particles are a well-motivated dark-matter candidate, and on 27 January 2026 a team led by Ariel Arza reported in Physical Review Letters a way to hunt for them using an instrument that already blankets the planet: Earth's magnetic field.

The idea is that bosonic millicharged dark matter (mDM) sitting in the geomagnetic field would, despite its minuscule coupling to photons, source a quasistatic and highly monochromatic magnetic signal oscillating at exactly twice the mDM mass. The team searched archived magnetometer data from the SuperMAG and SNIPE Hunt collaborations for such a narrow line and found nothing. The resulting null result translates into upper bounds on the effective charge of ultralight bosonic mDM in the mass range of roughly 10⁻¹⁸ to 10⁻¹⁵ eV/c² that exceed the long-standing stellar-cooling constraints by more than 13 orders of magnitude — a striking demonstration that geophysical monitoring networks can double as fundamental-physics detectors.

暗黒物質は通常の電荷を持ち得ない。もし持っていれば通常物質と強く相互作用しすぎて、これほど長く見えずにいられないからだ。しかし標準模型を拡張する多くの理論は、電子の電荷より何桁も小さい微小な電荷を持つ粒子を予言する。この「ミリチャージ（millicharged）粒子」は有力な暗黒物質候補であり、2026年1月27日、Ariel Arzaらのチームは、すでに地球全体を覆う装置——地球磁場——を使ってこれを探す手法をPhysical Review Letters誌に発表した。

着想はこうだ。ボソン型のミリチャージ暗黒物質（mDM）が地磁気の中に存在すれば、光子との結合が極めて弱いにもかかわらず、mDM質量のちょう2倍の角振動数を持つ準静的かつ単色な磁気信号を生むはずである。チームはSuperMAGおよびSNIPE Huntのアーカイブ磁力計データをこの狭いスペクトル線で探索したが、信号は見つからなかった。このヌル結果から、質量およそ10⁻¹⁸～10⁻¹⁵ eV/c²の超軽量ボソン型mDMの有効電荷に対し、従来の恒星冷却による制限を13桁以上上回る上限が得られた。地球物理の観測網がそのまま基礎物理の検出器になり得ることを示す鮮やかな例である。

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Graphene’s prized fast, low-dissipation electron transport comes from its two-dimensional honeycomb lattice — but that two-dimensionality also makes it fragile and hard to use at scale. On 27 January 2026, a University of Liverpool-led team reported in the journal Matter that a three-dimensional crystal, hafnium distannide (HfSn₂), can host some of the same 2D-like electronic behaviour inside a robust bulk material.

The key is what the authors call decoupling structural and electronic dimensionality: HfSn₂ is built from a 3D honeycomb arrangement with a chiral stacking, and although the crystal is fully three-dimensional, its electrons move as if confined to two-dimensional sheets. Because the material is intrinsically 3D, it is more stable than an atomically thin flake while still showing the fast, low-energy transport wanted for next-generation low-power logic and spintronic devices, which could ease the practical hurdles to using graphene-like physics at scale.

グラフェンの高速で低損失な電子伝導は、その2次元ハニカム格子に由来するが、その2次元性は同時に材料を倣弱にし、大規模な利用を難しくしていた。2026年1月27日、リバプール大学を中心とするチームは、3次元結晶である二スズ化ハフニウム（HfSn₂）が、頑丈なバルク材料の中にグラフェンと同様の2次元的な電子振る舞いの一部を宿し得るとMatter誌に発表した。

鍵となるのは、著者らが「構造的次元と電子的次元の分離」と呼ぶ現象である。HfSn₂はキラルな積層を伴う3次元ハニカム構造からなり、結晶自体は完全に3次元でありながら、電子はまるで2次元シートに閉じ込められたかのように振る舞う。本質的に3次元であるため、原子スケールの薄片よりも安定でありながら、次世代の低消費電力ロジックやスピントロニクス素子に望まれる高速・低エネルギーな伝導を示し、グラフェン様の物理を大規模に利用する際の実用上の障壁を緩和し得る。

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In late January 2026, Alexander Venner, Andrew Vanderburg and collaborators reported in The Astrophysical Journal Letters the discovery of HD 137010 b, an Earth-sized transiting planet candidate orbiting a tenth-magnitude K-dwarf about 146 light-years away. The signal was recovered from archival K2 photometry (Campaign 15, 2017), and archival radial velocities, astrometry and imaging were used to rule out the conventional false-positive scenarios.

The planet sits near the outer edge of its star's habitable zone. With an estimated equilibrium temperature of about -68 °C (for zero albedo) it is "cool" rather than temperate, but as a bright, nearby, Earth-sized world it is an attractive target for follow-up. Because only a single transit has been observed, confirmation requires the detection of a second transit — for example with TESS or CHEOPS — while the expected radial-velocity signal of just ~13 cm/s lies beyond the reach of current spectrographs.

2026年1月下旬、Alexander Venner、Andrew Vanderburgらは、約146光年先の10等級K型矮星をまわる地球サイズの通過惑星候補HD 137010 bの発見をThe Astrophysical Journal Letters誌に報告した。この信号は2017年のK2（キャンペーン15）アーカイブ測光データから回収され、アーカイブの視線速度・アストロメトリ・撮像データによって従来型の偽陽性シナリオが排除された。

この惑星は主星のハビタブルゾーン（生命居住可能領域）の外縁付近を公転している。推定平衡温度は約-68℃（アルベド0の場合）と「温暖」というより「低温」だが、明るく近傍にある地球サイズの世界として追観測の有望なターゲットとなる。観測されたトランジットは1回のみのため、確認にはTESSやCHEOPSなどによる2回目のトランジット検出が必要で、予想される視線速度信号はわずか約13 cm/sと現行の分光器の検出能力を下回る。

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Fractional quantum Hall states are normally identified by plateaus in the Hall resistance and dips in the longitudinal resistance. That works well for robust states but poorly for fragile ones, whose gaps are small enough that the resistive signatures wash out. Thermopower — the voltage generated across a sample by a temperature gradient — measures something different: to a good approximation it tracks the entropy carried per charge carrier, which is sensitive to degeneracies and to the nature of the quasiparticles rather than merely to the size of the gap.

On 27 January 2026, a team from George Mason University, NIST, Brown University and NIMS (Japan) reported in Physical Review Letters — the work was chosen for the issue cover — a systematic thermopower study of fractional quantum Hall states in monolayer graphene as a function of filling factor and magnetic field. Thermopower proved more sensitive than resistivity in detecting certain fractional states, resolving features where transport alone is ambiguous. Because entropy per carrier is one of the few observables that can distinguish competing candidate ground states, the technique offers an additional handle in the search for exotic, possibly non-Abelian, fractional phases.

分数量子ホール状態は通常、ホール抵抗のプラトーと縦抵抗のディップによって同定される。この方法は頑健な状態にはよく働くが、ギャップが小さく抵抗上の痕跡がぼやけてしまう脆弱な状態には向かない。熱起電力（thermopower）——試料に温度勾配を加えたときに生じる電圧——は別のものを測る。よい近似で、キャリア1個あたりが担うエントロピーを追跡するのだ。これはギャップの大きさそのものよりも、縮退度や準粒子の性質に敏感である。

2026年1月27日、ジョージ・メイソン大学・NIST・ブラウン大学・物質・材料研究機構（NIMS）のチームはPhysical Review Letters誌に、単層グラフェンにおける分数量子ホール状態の熱起電力を、充填率と磁場の関数として系統的に測定した結果を報告した（同号の表紙にも採用）。熱起電力は特定の分数状態の検出において抵抗率より高感度であり、輸送測定だけでは判然としない構造を分離できた。キャリアあたりのエントロピーは、競合する基底状態候補を区別できる数少ない観測量の一つであるため、この手法は非可換かもしれないエキゾチックな分数相の探索に新たな手がかりを与える。

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Claims of quantum advantage usually come with two caveats. The first is that the classical hardness is conjectured rather than proved, so a cleverer classical algorithm might close the gap. The second is that verifying the quantum computer's output can itself be as hard as the computation, which makes the claim awkward to check. A demonstration that avoids both would be far more satisfying, even for a narrow task.

On 27 January 2026, Marcello Benedetti, Harry Buhrman and Jordi Weggemans reported in Physical Review Letters a learning problem in which quantum computation achieves the largest possible separation over classical computation in sample complexity — the number of examples that must be drawn before the task can be solved. The separation is provable, not conjectural, because it is established in a setting where classical lower bounds can be derived rigorously, and the quantum solution comes with an efficient verification procedure. The result does not by itself yield a practically useful speedup, but it sharpens the theoretical picture of where quantum machines are unambiguously stronger.

量子優位性の主張には通常、二つの但し書きがつく。第一に、古典計算の困難さは証明ではなく予想にすぎないことが多く、より賢い古典アルゴリズムが差を埋めてしまうかもしれない。第二に、量子計算機の出力を検証すること自体が計算と同じくらい難しくなりうるため、主張の確認が厄介になる。たとえ限定的な課題であっても、この両方を回避できる実証ははるかに満足のいくものとなる。

2026年1月27日、M. Benedetti、H. Buhrman、J. WeggemansはPhysical Review Letters誌に、量子計算が古典計算に対してサンプル複雑性——課題を解くまでに引かなければならない標本の個数——で可能な限り最大の分離を達成する学習問題を報告した。この分離は予想ではなく証明されたものである。古典側の下界を厳密に導出できる設定で確立されているためであり、さらに量子側の解には効率的な検証手続きが付属する。この結果それ自体が実用的な高速化をもたらすわけではないが、量子計算機が疑いなく強い領域はどこかという理論的な描像を鋭くする。

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Methane is one of the simplest molecules in the Solar System and one of the most abundant in the icy giant planets, so knowing which solid phase it adopts at a given pressure and temperature matters for modelling planetary interiors. Yet published high-pressure phase diagrams of methane have long disagreed with one another. On 26 January 2026, a University of Edinburgh-led team reported in Physical Review Letters a systematic re-examination that resolves much of the inconsistency.

Combining optical (Raman) spectroscopy with in situ high-temperature, high-pressure techniques, the authors mapped methane's melting curve and the location of its solid phases up to 45 GPa and 1100 K. Their central result is that a single diagram is not enough: the experiments yield two distinct diagrams, one describing the kinetic transformations that occur on the timescale of an experiment, and another describing the equilibrium states that are reached only with time. Raman spectra show that the appearance of, and transitions between, the higher-pressure phases VII, VIII and IX depend strongly on the pressure–temperature–time path taken — which explains why earlier studies, each following different paths, reached different conclusions.

メタンは太陽系で最も単純な分子のひとつであり、氷の巨惑星に大量に含まれる。したがって、ある圧力・温度でどの固体相を取るかを知ることは惑星内部のモデル化に直結する。ところがこれまで発表されてきた高圧相図は互いに食い違っていた。2026年1月26日、エディンバラ大学を中心とするチームは、この不整合の多くを解消する体系的な再検討をPhysical Review Letters誌に発表した。

ラマン分光とin situの高温高圧技術を組み合わせ、著者らはメタンの融解曲線と固体相の位置を45 GPa・1100 Kまでマップした。中核となる結論は、相図は1枚では足りないということだ。実験からは二つの異なる図が得られた——実験の時間スケールで起こる動力学的（kinetic）な相変化を表す図と、時間をかけて初めて到達する平衡状態を表す図である。ラマンスペクトルは、高圧相VII・VIII・IXの出現と相互転移が、たどった圧力–温度–時間の経路に強く依存することを示す。各々異なる経路をたどった過去の研究が異なる結論に至った理由が、これで説明される。

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One of cosmology's most stubborn puzzles is how supermassive black holes (SMBHs), weighing millions to billions of solar masses, already existed less than a billion years after the Big Bang. The “heavy-seed” picture assumed they had to start from massive seeds (~10⁴–10⁵ solar masses) formed by direct collapse, because ordinary stellar-mass (“light”) seeds were thought to grow too slowly. Researchers at Maynooth University (Ireland) now argue, in a study published in Nature Astronomy, that this assumption may be unnecessary.

Using high-resolution cosmological simulations, the team showed that in the dense, turbulent, gas-rich environments of the first galaxies, light seeds (the remnants of the first stars) could undergo episodes of extremely rapid, even super-Eddington, accretion. The chaotic conditions funnel gas onto the seeds far faster than the smooth, idealized models assume, allowing modest beginnings to balloon into billion-solar-mass giants within the first few hundred million years. The result reopens the light-seed channel as a viable route to the earliest SMBHs seen by JWST.

ビッグバンからわずか10億年足らずの時点で、太陽の数百万〜数十億倍に達する超巨大ブラックホール（SMBH）がすでに存在していた——これは宇宙論の最も根強い難問の一つである。従来の「重い種（heavy seed）」仮説では、通常の恒星質量の「軽い種」では成長が遅すぎるため、直接崩壊で生まれた重い種（太陽質量の約10⁴〜10⁵倍）から出発する必要があると考えられてきた。アイルランドのメイヌース大学の研究チームは、Nature Astronomy誌に発表した研究で、この前提が不要かもしれないと主張する。

高解像度の宇宙論シミュレーションにより、最初の銀河の高密度・乱流・ガス豊富な環境では、軽い種（初代星の残骸）がエディントン限界を超えるほど極めて急速な降着を繰り返しうることを示した。理想化された滑らかなモデルが仮定するよりもはるかに速くガスが種に流れ込み、最初の数億年のうちに控えめな出発点が太陽質量の10億倍級の巨大ブラックホールへと膨れ上がる。JWSTが捉えた最初期SMBHへの到達経路として、「軽い種」シナリオが再び有力候補として浮上した。

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On 26 January 2026, a team using JWST’s COSMOS-Web survey published in Nature Astronomy an ultra-high-resolution, wide-area map of dark matter, reconstructed from weak gravitational lensing — the subtle distortion that intervening mass imprints on the shapes of roughly 250,000 background galaxies across about half a square degree of sky. It is the largest map of its kind and reaches more than twice the resolution of earlier space-based (Hubble) surveys.

The map traces the cosmic web in unprecedented detail: dense clumps of dark matter linked by filamentary "bridges," along which gas and galaxies are distributed, plus previously unseen low-mass galaxy groups too faint or distant for other telescopes. Tracing mass structures out to redshift z ≈ 2 (with the most distant structure at z ≈ 1.1), the data provide a sharp new benchmark for testing cosmological simulations — and any disagreement at sufficient precision could hint at new physics in how dark matter behaves on the largest scales.

2026年1月26日、JWSTのCOSMOS-Webサーベイを用いた研究チームは、超高解像度かつ広域の暗黒物質マップをNature Astronomy誌に発表した。約0.5平方度の天域にわたる約25万個の背景銀河の形が、手前の質量によってわずかに歪む「弱い重力レンズ効果」から再構成したもので、この種のマップとしては最大規模であり、従来の宇宙望遠鏡（ハッブル）によるサーベイの2倍以上の解像度を達成した。

このマップは宇宙の大規模構造（コズミック・ウェブ）をかつてない精細さで描き出す——暗黒物質の濃い塊が「フィラメント状の橋」でつながり、その流れに沿ってガスや銀河が分布する様子、さらに他の望遠鏡では暗すぎる・遠すぎて見えなかった低質量の銀河群までもが捉えられた。赤方偏移 z ≈ 2まで（最遠の構造は z ≈ 1.1）の質量構造を捉えるこのデータは、宇宙論シミュレーションを検証する鋭い新たな基準を与える。十分な精度で食い違いが見つかれば、暗黒物質が最大スケールでどう振る舞うかについて新しい物理の手がかりとなりうる。

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General relativity predicts that after a burst of gravitational waves has passed, free test masses do not return to their original separation: they are left permanently displaced. This gravitational-wave memory is a nonlinear, low-frequency effect, it has never been observed, and it is one of the cleaner predictions distinguishing general relativity from alternatives. For binary neutron stars the calculation is harder than for black holes, because matter as well as spacetime carries energy away.

On 26 January 2026, Jamie Bamber, Antonios Tsokaros, Milton Ruiz, Stuart Shapiro, Marc Favata, Matthew Karlson and Fabrizio Venturi Piñas reported in Physical Review Letters a quantification of the complete displacement memory from binary neutron star mergers using general relativistic magnetohydrodynamic simulations. Crucially, the calculation includes not only the memory sourced by the gravitational waves themselves but also the contributions from electromagnetic radiation, neutrinos and baryonic ejecta — components unique to matter-bearing mergers. Since memory accumulates coherently, stacking many events is the most likely route to a first detection, and predictions of this completeness are what such a search requires.

一般相対性理論は、重力波のバーストが通り過ぎた後、自由な試験質量が元の間隔には戻らず、恒久的にずれたままになると予言する。この「重力波メモリー」は非線形かつ低周波の効果で、いまだ観測されておらず、一般相対論と代替理論を区別するより明快な予言の一つである。連星中性子星の場合、時空だけでなく物質もエネルギーを持ち去るため、計算はブラックホールの場合より難しい。

2026年1月26日、J. Bamber、A. Tsokaros、M. Ruiz、S. Shapiro、M. Favata、M. Karlson、F. Venturi Piñasの各氏はPhysical Review Letters誌に、一般相対論的磁気流体力学シミュレーションを用いて連星中性子星合体による変位メモリーの全体を定量化した結果を報告した。重要なのは、重力波自身が生むメモリーだけでなく、電磁放射・ニュートリノ・バリオン的な放出物からの寄与——物質を伴う合体に固有の成分——まで含めている点である。メモリーはコヒーレントに蓄積するため、多数のイベントを積み上げるのが初検出への最有力の道であり、そうした探索にはまさにこの完全性を備えた予言が必要になる。

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Quantum chromodynamics allows bound states made purely of gluons, with no valence quarks at all. Such glueballs are among the theory's most distinctive predictions, yet after half a century none has been identified beyond dispute: the lightest scalar glueball is expected in a mass region crowded with ordinary mesons, and mixing between them blurs every signature.

On 26 January 2026, Ryan Abbott, Daniel Hackett, Dimitra Pefkou, Fernando Romero-López and Phiala Shanahan (MIT and collaborators) reported lattice QCD evidence in Physical Review Letters that the scalar glueball is spatially small — noticeably more compact than typical light hadrons. Size is a physically meaningful discriminator because a compact object couples to production and decay channels differently from an extended one, so the result feeds directly into the interpretation of candidate resonances and into predictions for how glueballs should be produced in gluon-rich environments such as radiative J/ψ decays. It is a good illustration of first-principles lattice calculations supplying structural information that experiments cannot yet resolve on their own.

量子色力学（QCD）は、価クォークをまったく含まず、グルーオンだけからなる束縛状態を許す。こうした「グルーボール」はQCDの最も特徴的な予言の一つだが、半世紀を経てなお、議論の余地なく同定されたものはない。最も軽いスカラー・グルーボールは通常のメソンがひしめく質量領域にあると期待され、両者の混合があらゆる痕跡をぼかしてしまうからだ。

2026年1月26日、R. Abbott、D. Hackett、D. Pefkou、F. Romero-López、P. Shanahan（MITほか）はPhysical Review Letters誌に、スカラー・グルーボールが空間的に小さい——典型的な軽ハドロンよりも明らかにコンパクトである——という格子QCDの証拠を報告した。サイズは物理的に意味のある識別指標である。コンパクトな物体は広がった物体とは生成・崩壊チャンネルへの結合の仕方が異なるため、この結果は候補共鳴の解釈や、放射崩壊J/ψ→γ＋Xのようなグルーオン豊富な環境でグルーボールがどう生成されるかの予言に直結する。実験だけではまだ分離できない構造情報を、第一原理格子計算が供給する好例といえる。

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Dissipative Kerr solitons circulating in a microresonator turn a single continuous-wave laser into an optical frequency comb on a chip, the technology behind compact spectrometers, optical clocks and coherent communications. Their persistent weakness is conversion efficiency: only a small fraction of pump power ends up in the comb, because a single soliton occupies a tiny fraction of the cavity round trip. Mode crossings — accidental interactions between different transverse mode families — have generally been treated as a nuisance that destabilizes soliton formation.

On 26 January 2026, a team led from Keio University with collaborators in Japan and China reported in Physical Review Letters that strong mode interactions in ultrahigh-Q crystalline microresonators can instead produce a high-power, high-efficiency regime of picosecond pulsed solitons. Their analysis shows that localized mode crossings act as an effective higher-order dispersion, reshaping the soliton into a broader, more energetic pulse. Since the mechanism is engineered rather than avoided, it suggests a design rule for microcombs where output power, not merely bandwidth, is the figure of merit.

微小共振器を周回する散逸性カー・ソリトンは、単一の連続波レーザーをチップ上の光周波数コムに変換する。小型分光器、光時計、コヒーレント通信を支える技術である。その根強い弱点が変換効率だ。単一ソリトンは共振器一周のごく一部しか占めないため、ポンプ光のわずかな割合しかコムに移らない。そして異なる横モード族どうしが偶発的に相互作用する「モード交差」は、一般にソリトン形成を不安定化する厄介者と見なされてきた。

2026年1月26日、慶應義塾大学を中心とする日中の共同チームはPhysical Review Letters誌に、超高Q値の結晶性微小共振器における強いモード相互作用が、逆にピコ秒パルスソリトンの高出力・高効率領域を生み出しうると報告した。解析によれば、局在したモード交差は実効的な高次分散として働き、ソリトンをより広く、よりエネルギーの高いパルスへと作り変える。この機構は回避されるのではなく設計されるものであるため、帯域幅だけでなく出力パワーを性能指標とする微小光コムの設計指針を示唆する。

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Quantum mechanics normally makes matter waves spread out. A soliton is the exception: a wave packet whose self-attraction exactly balances its tendency to disperse, so it stays localized. Bright matter-wave solitons have been made in free space before, but stabilizing them inside a periodic optical lattice — where the lattice itself tends to tear a cloud apart — had not been achieved.

In Physical Review Letters (published 23 December 2025), a University of Strathclyde-led team working with the University of Padova reported the first observation of single-site and multisite bright matter-wave solitons in an "optical accordion" lattice, whose spacing can be tuned continuously; the result drew wider coverage in late January 2026. The researchers began with a Bose–Einstein condensate of caesium atoms near absolute zero, loaded it into the laser-formed lattice, and used a magnetic field (a Feshbach resonance) to switch the interatomic interactions from repulsive to attractive. Under the right conditions the atoms locked into stable solitons at one lattice site or across several, instead of spilling across the grid. Because the solitons can now be held, addressed and guided within a lattice, the technique offers a new handle for atom interferometry, transport experiments and quantum-technology platforms built on coherent matter waves.

量子力学では、物質波は通常広がっていく。ソリトンはその例外で、自己引力が分散する傾向とちょうど釣り合い、局在したままとどまる波包である。明るい（bright）物質波ソリトンは自由空間では作られてきたが、雲を引き裂こうとする周期的な光格子の中で安定化させることは実現していなかった。

ストラスクライド大学（グラスゴー）を中心にパドヴァ大学が加わった研究チームは、間隔を連続的に変えられる「光アコーディオン（optical accordion）格子」の中で、単一サイトおよび複数サイトの明るい物質波ソリトンを初めて観測したとPhysical Review Letters誌に発表した（2025年12月23日掲載、2026年1月下旬に広く報道）。絶対零度近傍まで冷却したセシウム原子のボース＝アインシュタイン凝縮体をレーザーで作った格子に載せ、磁場（フェッシュバッハ共鳴）を用いて原子間相互作用を斗力から引力に切り替えた。適切な条件下で原子は格子全体に広がるのではなく、1つあるいは複数のサイトに安定なソリトンとして固定された。格子内でソリトンを保持・アドレス・誘導できることは、原子干渉計や輸送実験、コヒーレントな物質波に基づく量子技術に新しい手がかりを与える。

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Astronomy depends on a resource that is easy to destroy and almost impossible to restore: a genuinely dark, dry, stable night sky. The Atacama Desert in northern Chile has one of the best in the world, which is why ESO's Paranal Observatory sits there and why the 39-metre Extremely Large Telescope (ELT) is being built on nearby Cerro Armazones.

Astronomers had warned for months that AES Andes' proposed INNA project — an industrial complex for producing green hydrogen and ammonia, planned only a few kilometres from Paranal — would raise light pollution, atmospheric turbulence and dust above the observatories, degrading observing conditions that took decades to secure. On 24 January 2026 the company announced it was abandoning the project. Reported by Science and by Latin American outlets, the decision was received with relief by the astronomical community and stands as an unusual case in which the protection of an observing site prevailed over an industrial development already far advanced in planning.

天文学は、壊すのは容易だが取り戻すのはほぼ不可能な資源に依存している——本当に暗く、乾燥し、安定した夜空である。チリ北部のアタカマ砂漠は世界最高水準のそれを持ち、だからこそESOのパラナル天文台がここにあり、近傍のセロ・アルマゾーネスに口径39メートルの超大型望遠鏡（ELT）が建設中なのである。

AES Andesが計画していたINNAプロジェクト——パラナルからわずか数キロの地点にグリーン水素とアンモニアを製造する工業複合施設を建てる計画——に対し、天文学者たちは光害、大気乱流、粉じんの増加を招き、数十年をかけて確保してきた観測条件を劣化させると警告を続けてきた。2026年1月24日、同社はこの計画を断念すると発表した。Science誌やラテンアメリカの報道機関が伝えたこの決定は天文学コミュニティに安堗をもって迎えられ、計画がかなり進んだ工業開発よりも観測サイトの保護が優先された、異例なケースとなった。

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Several years ago it was found that a single microscopic particle in a steady electric field can rock back and forth on its own. On 23 January 2026, a Northwestern University team led by Monica Olvera de la Cruz reported in Nature Communications what happens when many such particles are put together: they spontaneously oscillate in unison, forming clusters that sway back and forth in near-perfect time, as though each particle could sense its neighbours.

Combining experiment with computational modelling, the team identified the synchronizing agent as the liquid the particles are suspended in. As each particle rocks, it stirs the surrounding fluid; those small flows propagate outward and nudge the timing of nearby particles. The particles never touch, yet hydrodynamic coupling alone is enough to lock them into a shared rhythm — a mechanism the authors call self-oscillating "synchronematic" behaviour. Beyond colloidal physics, the result offers a minimal physical explanation for how collective timing can emerge without any signalling or central pacemaker, a question that also arises for fireflies flashing together and for cells in a beating heart, and suggests design principles for programmable, self-coordinating microscale materials.

数年前、定常電場中で単一の微小粒子が自発的に前後に揺れ動くことが発見された。2026年1月23日、ノースウェスタン大学のMonica Olvera de la Cruzらのチームは、そのような粒子を多数集めると何が起きるかをNature Communications誌に報告した——粒子は自発的に同期して振動し、まるで互いの存在を感じ取っているかのように、ほぼ完璧に拍を揃えて揺れるクラスターを形成した。

実験と計算モデルを組み合わせた結果、同期を担っていたのは粒子が懸濁している液体そのものであることがわかった。粒子が揺れるたびに周囲の流体をかき混ぜ、その小さな流れが外側へ伝わって近傍の粒子のタイミングを微調整する。粒子同士は一度も接触しないにもかかわらず、流体力学的結合だけで共通のリズムに引き込まれる——著者らはこれを自己振動型の「synchronematic」な振る舞いと呼ぶ。コロイド物理にとどまらず、信号や中央のペースメーカーなしに集団的なタイミングが創発する仕組みの最小限の物理的説明を与え、ホタルの一斉発光や心筋細胞の拍動といった問題にも通じる。プログラマブルな自己協調型マイクロ材料の設計指針にもなり得る。

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Sulfur-bearing molecules are thought to have played key roles in the biochemistry of early life, so finding them in space is of great interest — yet until now, interstellar detections of sulfur organics had been limited to molecules with at most nine atoms. On 23 January 2026, an international team reported in Nature Astronomy the detection of a six-membered, sulfur-bearing cyclic hydrocarbon: 2,5-cyclohexadien-1-thione (a 13-atom structural isomer of thiophenol), toward the Galactic Center molecular cloud G+0.693−0.027, some 27,000 light-years away.

To make the identification, the team first measured the molecule's rotational spectrum in the laboratory using a chirped-pulse Fourier-transform microwave spectrometer, obtaining the precise "fingerprints" needed to search for it in radio-telescope data. The molecule now ranks as the largest interstellar sulfur-bearing species known. The authors argue it may herald a whole new family of prebiotically relevant sulfur compounds, potentially bridging the chemistry of the interstellar medium with the sulfur inventory found in asteroids, comets and meteorites of our own Solar System.

硫黄を含む分子は、初期生命の生化学で重要な役割を果たしたと考えられており、それを宇宙で見つけることは大きな関心を集める——しかしこれまで、星間空間での硫黄有機分子の検出は、最大でも9原子の分子に限られていた。2026年1月23日、国際チームは、六員環の硫黄含有環状炭化水素である2,5-シクロヘキサジエン-1-チオン（チオフェノールの13原子の構造異性体）を、約2万7000光年離れた銀河中心の分子雲G+0.693−0.027に向けて検出したとNature Astronomy誌に報告した。

同定のため、チームはまずチャープパルス・フーリエ変換マイクロ波分光器を用いて実験室でこの分子の回転スペクトルを測定し、電波望遠鏡データ中で探すのに必要な精密な「指紋」を得た。この分子は、既知の星間硫黄含有分子として過去最大となる。著者らは、これが生命前駆的に重要な硫黄化合物のまったく新しいファミリーの先触れであり、星間物質の化学と、太陽系の小惑星・彗星・隕石に見られる硫黄の目録とを橋渡しする可能性があると論じている。

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The pseudogap is one of the central mysteries of high-temperature (cuprate) superconductors: a strange metallic state appearing above the superconducting transition, in which part of the electronic states seem to "disappear" even though the material is neither an ordinary metal nor a superconductor. On 23 January 2026, a team led by Immanuel Bloch at the Max Planck Institute of Quantum Optics (MPQ), with collaborators including the Flatiron Institute, reported a quantum-simulation study of this regime in PNAS.

Using a quantum gas microscope that realizes the Fermi–Hubbard model with ultracold lithium atoms in an optical lattice, the team measured spin and charge correlations up to fifth order across a wide range of dopings and temperatures. As the system was cooled into the pseudogap regime, they observed a universal scaling behaviour of magnetic and higher-order spin–charge correlations, together with a doping-dependent suppression of the spin stiffness accompanied by the growth of higher-order correlations. The result offers a clean, microscopic view of how correlations build up at the onset of the pseudogap — a key step toward understanding unconventional superconductivity.

擬ギャップ（pseudogap）は、高温（銅酸化物）超伝導体の中心的な謎の一つである。超伝導転移温度より上で現れる奇妙な金属状態で、通常の金属でも超伝導体でもないのに電子状態の一部が「消える」ように見える。2026年1月23日、マックス・プランク量子光学研究所（MPQ）のイマヌエル・ブロッホ率いるチームは、フラットアイアン研究所などとの共同研究により、この領域の量子シミュレーション研究をPNAS誌に発表した。

光格子中の極低温リチウム原子でフェルミ・ハバード模型を実現する量子ガス顕微鏡を用い、幅広いドーピングと温度にわたってスピン・電荷相関を5次まで測定した。系を擬ギャップ領域まで冷却すると、磁気的相関および高次のスピン・電荷相関に普遍的なスケーリング則が現れ、ドーピングに依存してスピン剛性が抑制されると同時に高次相関が成長する様子が観測された。この成果は、擬ギャップ発現時に相関がどのように立ち上がるかを微視的かつクリーンに描き出すもので、非従来型超伝導の理解に向けた重要な一歩である。

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Mechanical metamaterials get their properties from geometry rather than composition. A network of stiff bars and flexible hinges generically possesses zero-energy deformations — floppy modes — whose number is fixed by counting constraints against degrees of freedom (Maxwell's rule). But counting tells you how many floppy modes exist, not what they look like or where they live, and designing a specific pattern of them has largely been trial and error.

On 23 January 2026, Wenfeng Liu, Tomer Sigalov, Corentin Coulais and Yair Shokef (Tel Aviv University and the University of Amsterdam) reported in Physical Review Letters — a Featured in Physics article — a combinatorial framework that maps the design of floppy modes and frustrated loops onto a problem in matrix algebra. Given a target set of soft deformations, the rules specify how to lay out links so that exactly those modes appear, and they identify loops in the network where competing constraints cannot all be satisfied. The correspondence runs both ways: a suitably built mechanical network solves the algebraic problem physically, blurring the line between designed material and analog computer.

力学メタマテリアルは、組成ではなく幾何によって性質を得る。硬い棒と柔らかいヒンジからなるネットワークは一般に、エネルギーを要しない変形——「ふにゃふにゃモード（floppy mode）」——を持ち、その個数は拘束条件と自由度の数え上げ（マクスウェルの規則）で決まる。だが数え上げが教えるのはモードの個数だけで、その形や存在場所ではない。特定のモード配置を設計する作業は、これまで概ね試行錯誤だった。

2026年1月23日、W. Liu、T. Sigalov、C. Coulais、Y. Shokef（テルアビブ大学・アムステルダム大学）はPhysical Review Letters誌に——Featured in Physicsの注目記事として——ふにゃふにゃモードとフラストレート・ループの設計を行列代数の問題へと写す組合せ論的枠組みを報告した。目標とする柔らかい変形の集合を与えると、規則がリンクの配置法を指定し、ちょうどそれらのモードだけが現れるようにする。同時に、競合する拘束をすべて満たせないネットワーク上のループも特定される。この対応は双方向であり、適切に組んだ力学ネットワークは代数問題を物理的に解く。設計された材料とアナログ計算機の境界を曖昧にする結果である。

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On 22 January 2026, the Dark Energy Survey (DES) Collaboration released the culmination of its program: for the first time it combined all six years of weak-gravitational-lensing and galaxy-clustering data, and — as envisioned at the survey’s inception 25 years ago — it brought together all four of its dark-energy probes in a single experiment: baryon acoustic oscillations (BAO), Type-Ia supernovae, galaxy clusters, and weak lensing.

DES mapped hundreds of millions of galaxies using the Dark Energy Camera on the Víctor M. Blanco 4-metre Telescope at the Cerro Tololo Inter-American Observatory in Chile. The completed multi-probe analysis — a summary of 18 supporting papers, submitted to Physical Review D — yields constraints on the cosmic expansion history about twice as tight as previous analyses. Tested against the standard ΛCDM model (constant dark-energy density) and an extended wCDM model, the data show a weak preference for dark energy that evolves over time, consistent with recent hints from the DESI survey, while remaining broadly compatible with ΛCDM.

2026年1月22日、ダークエネルギーサーベイ（DES）国際共同研究は、計画の集大成となる成果を公開した。初めて90億に及ぶ銀河の弱重力レンズと銀河クラスタリングの6年間全データを統合し、さらに調査開始から25年越しに構想されていた通り、バリオン音響振動（BAO）・Ia型超新星・銀河団・弱重力レンズという4つの暗黒エネルギー探査手法を単一の実験で初めて組み合わせた。

DESは、チリのセロ・トロロ米州間天文台にあるヴィクトル・M・ブランコ4m望遠鏡のダークエネルギーカメラを用いて、数億個の銀河をマップした。今回完成したマルチプローブ解析は18本の補足論文をまとめたもので、Physical Review D誌に投稿された。宇宙膨張史に対する制限は従来の約２倍と厳しくなっている。標準的なΛCDMモデル（暗黒エネルギー密度が一定）と拡張されたwCDMモデルの両方と照らし合わせたところ、データは時間とともに進化する暗黒エネルギーをわずかに支持した——これはDESIサーベイの近年の示唆と整合しつつ、ΛCDMともおおむね整合的である。

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In 1915 Einstein and Wander de Haas showed that changing the magnetization of an object sets it mechanically rotating — a direct manifestation of the conservation of total angular momentum, in which the angular momentum carried by electron spins is transferred to bulk rotation. On 22 January 2026, a team at the Institute of Science Tokyo (Science Tokyo) reported in Science the first realization of the Einstein–de Haas effect in a quantum fluid.

Working with a Bose–Einstein condensate (BEC) of europium atoms — an integer-spin, strongly dipolar species — the group, led by Professor Mikio Kozuma and Assistant Professor Yuki Miyazawa with Professor Yuki Kawaguchi, observed that a change in the condensate’s magnetization coherently transfers angular momentum from the atomic spins into macroscopic motion of the fluid. This experimentally demonstrates that total angular momentum is conserved at the quantum level in a macroscopic coherent matter wave, and opens a route to exploring ground states with broken chiral symmetry, spin textures, mass circulation, and the Barnett effect in dipolar quantum gases.

1915年、アインシュタインとヴァンダー・ド・ハースは、物体の磁化を変えるとそれが力学的に回転し始めることを示した——電子スピンが担う角運動量が物体全体の回転へと移される、総角運動量保存の直接的な現れである。2026年1月22日、東京科学大学（Science Tokyo）のチームは、量子流体におけるアインシュタイン・ド・ハース効果の世界初の実現をScience誌に発表した。

整数スピンで強い双極子性を持つユウロピウム原子のボーズ・アインシュタイン凝縮（BEC）を用い、上閑明人教授と宮沢恫樹助教、および川口由起夫教授らのグループは、凝縮体の磁化の変化が原子スピンから流体のマクロな運動へと角運動量をコヒーレントに移すことを観測した。これは、マクロなコヒーレント物質波において総角運動量が量子レベルで保存されることを実験的に示すもので、キラル対称性の破れた基底状態、スピンテクスチャ、質量循環、そして双極子量子気体におけるバーネット効果の探索への道を開く。

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Quantum metrology uses entanglement to push measurement precision beyond the "standard quantum limit" set by uncorrelated particles. Single-parameter quantum metrology is well established, but jointly estimating several parameters at once with spatially separated entangled systems had not been demonstrated, and the theoretical framework was unclear. On 22 January 2026, a team led by Philipp Treutlein (University of Basel) and Alice Sinatra (Laboratoire Kastler Brossel, Paris) reported such a demonstration in Science.

The researchers first entangled the spins within a single Bose–Einstein condensate, then split it into three spatially separated, mutually entangled clouds that served as local sensors — an Einstein–Podolsky–Rosen (EPR) array of massive, many-particle systems. Using an optimal estimation protocol, they measured the spatial distribution of an electromagnetic field with substantially better precision than possible without spatial entanglement, surpassing the standard quantum limit in key multiparameter tasks. The protocols apply directly to existing precision instruments such as optical lattice clocks, gravimeters, atom interferometers and sensor-array imaging.

量子計測（クォンタムメトロロジー）は、もつれを用いて、無相関な粒子が決める「標準量子限界」を超えて計測精度を高める。単一パラメータの量子計測は確立されているが、空間的に離れたもつれ系を用いて複数のパラメータを同時に推定することは実証されておらず、理論的枠組みも未確立だった。2026年1月22日、フィリップ・トロイトライン（バーゼル大学）とアリス・シナトラ（パリ・カステラ・ブロッセル研究所）率いるチームは、その実証をScience誌に発表した。

研究チームはまず一つのボーズ・アインシュタイン凝縮（BEC）内でスピンをもつれさせ、それを空間的に離れた3つの相互にもつれた雲に分割して局所センサーとした——すなわち多粒子系によるアインシュタイン＝ポドルスキー＝ローゼン（EPR）アレイである。最適推定プロトコルを用いることで、空間的なもつれがなければ不可能な精度で電磁場の空間分布を測定し、主要な多パラメータ推定で標準量子限界を上回った。このプロトコルは、光格子時計・重力計・原子干渉計・センサアレイイメージングなど、既存の精密計測機器にそのまま適用できる。

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On 22 January 2026, Ke Wang, Dong-Ling Deng and collaborators (Zhejiang University and Tsinghua University) reported in Nature Physics the experimental demonstration of two low-overhead quantum low-density parity-check (qLDPC) codes on a new superconducting processor named "Kunlun." qLDPC codes promise far lower qubit overhead than the surface code, but require the long-range qubit-qubit couplings that are hard to realize on planar superconducting chips.

On the 32-qubit chip, a two-dimensional architecture with overlapping long-range couplers enabled high-fidelity CZ gates between distant transmons and the simultaneous measurement of all nonlocal weight-6 stabilizers through the periodic execution of a syndrome-extraction circuit. The codes encode logical qubits with roughly three-to-four times fewer physical qubits than surface codes with the same number of logical qubits and the same code distance. The result is a concrete step toward scalable, resource-efficient fault-tolerant quantum computing on superconducting hardware.

2026年1月22日、浙江大学と清華大学のKe Wang、Dong-Ling Dengらは、「崑崙（Kunlun）」と名付けた新しい超伝導プロセッサ上で、2種類の低オーバーヘッド量子低密度パリティ検査（qLDPC）符号を実証したとNature Physics誌に報告した。qLDPC符号は表面符号よりはるかに少ない量子ビットで符号化できる一方、実現には平面型超伝導チップでは難しい長距離の量子ビット間結合を必要とする。

32量子ビットのチップ上で、重なり合う長距離カプラーを備えた2次元アーキテクチャにより離れたトランズモン間の高忠実度CZゲートを実現し、非局所的な重み6スタビライザーすべての同時測定をシンドローム抽出回路の周期的実行によって実証した。これらの符号は、同数の論理量子ビット・同じ符号距離の表面符号と比べて物理量子ビット数を約3〜4分の1に削減する。超伝導ハードウェア上でのスケーラブルで資源効率の高い誤り耐性量子計算に向けた具体的な一歩となる。

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Since the discovery of superconductivity above 80 K in pressurized bilayer nickelates, the family has become the most serious challenger to the cuprates as a high-temperature superconductor — and a crucial test case, since nickel sits next to copper in the periodic table and any shared mechanism would sharpen theories of high-Tc superconductivity. A recurring criticism, however, has been that the observed transitions were filamentary or partial rather than bulk.

In the 22 January 2026 issue of Nature, researchers reported bulk superconductivity at temperatures up to 96 K in pressurized bilayer nickelate single crystals that were synthesized at ambient pressure. Demonstrating that the whole sample — not a filament within it — becomes superconducting above the 77 K boiling point of liquid nitrogen strengthens the nickelates' standing as genuine high-temperature superconductors and makes them a sharper probe of what the cuprates and nickelates have in common.

加圧した二層ニッケル酸塩で80 Kを超える超伝導が発見されて以来、この物質群は高温超伝導体として銅酸化物（キュプレート）に対する最も本格的な挑戦者となった。ニッケルは周期表で銅の隣に位置し、機構が共通ならば高温超伝導の理論を鋭く絞り込めるため、決定的な試金石でもある。ただし繰り返し向けられてきた批判は、観測された転移がバルクではなくフィラメント状・部分的なものではないか、というものだった。

2026年1月22日号のNature誌で、研究チームは、常圧下で合成した二層ニッケル酸塩単結晶を加圧し、最高96 Kまでのバルク超伝導を観測したと報告した。試料の一部のフィラメントではなく全体が、液体窒素の沸点77 Kを超えて超伝導になることを示したことで、ニッケル酸塩は真の高温超伝導体としての地位を強め、キュプレートとの共通点を探るより鋭い探針となる。

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Evidence that heavy-ion collisions create a nearly perfect fluid has rested mainly on anisotropic flow: the azimuthal harmonics v₂, v₃ and so on, which translate the initial geometric shape of the overlap region into momentum-space anisotropy. Radial flow — the isotropic outward push that boosts all particles to higher transverse momentum — is equally central to hydrodynamics, but it has been much harder to establish as a genuinely collective phenomenon, since ordinary jet and resonance-decay backgrounds also raise particle momenta.

On 22 January 2026, the ATLAS and ALICE collaborations published companion Letters in Physical Review Letters on a novel observable, v₀(p_T), which captures event-by-event fluctuations of the radial expansion. Both experiments extract it from long-range correlations in transverse momentum across a wide rapidity gap — a standard trick for suppressing non-flow contributions from jets, which are short-range in rapidity. The two independent measurements in Pb–Pb collisions agree with each other and with hydrodynamic expectations, confirming that radial flow, like the anisotropic harmonics, reflects genuine collective behaviour of the plasma.

重イオン衝突がほぼ完全流体を生み出すという証拠は、主に異方性フロー——重なり領域の初期幾何形状を運動量空間の異方性へ変換する方位角調和成分 v₂、v₃ など——に依拠してきた。一方、すべての粒子を高い横運動量へ押し上げる等方的な外向きの膨張である「動径フロー（radial flow）」も流体力学の中心的要素だが、ジェットや共鳴崩壊といった通常の背景も粒子の運動量を上げるため、真に集団的な現象だと立証するのははるかに難しかった。

2026年1月22日、ATLASとALICEの両共同研究はPhysical Review Letters誌に、動径膨張の事象ごとのゆらぎを捉える新しい観測量 v₀(p_T) に関する対をなす論文を同時掲載した。両実験とも、広いラピディティ間隔を隔てた横運動量の長距離相関からこの量を抽出している。ジェット由来の非フロー寄与はラピディティ方向に短距離であるため、これを抑制する標準的な手法である。鉛‐鉛衝突における二つの独立な測定は互いに一致し、かつ流体力学の予想とも合致した。異方性調和成分と同様、動径フローもプラズマの真の集団的振る舞いを反映していることが確認された。

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Positronium is an atom made of an electron and its antiparticle, with no nucleus at all. That absence is exactly what makes it valuable: its energy levels are calculable from quantum electrodynamics and bound-state theory alone, with none of the proton-structure uncertainties that complicate hydrogen spectroscopy. Measured discrepancies in positronium therefore point either to higher-order QED terms or to genuinely new physics — but the atom's 142-nanosecond lifetime makes precision spectroscopy demanding.

On 22 January 2026, David Newson and David Cassidy (University College London) reported in Physical Review Letters a measurement of the 2³S₁→2³P₂ interval using Ramsey's method of separated oscillatory fields with a phase-variation scheme. Ramsey interferometry narrows the effective linewidth beyond what a single interaction region allows, and varying the relative phase rather than the detuning suppresses several systematic shifts. The improved value tightens the comparison between positronium spectroscopy and QED predictions, in a system where the theory has no free structural parameters to hide behind.

ポジトロニウムは電子とその反粒子からなる原子で、原子核をまったく持たない。その「不在」こそが価値である。エネルギー準位は量子電磁力学（QED）と束縛状態理論だけから計算でき、水素分光を複雑にする陽子構造の不確かさが入り込まない。したがってポジトロニウムで測定されるずれは、高次QED項か、あるいは真に新しい物理を指し示す。ただし寿命142ナノ秒という短さが精密分光を難しくしている。

2026年1月22日、D. M. NewsonとD. B. Cassidy（ユニヴァーシティ・カレッジ・ロンドン）はPhysical Review Letters誌に、ラムゼーの分離振動場法に位相変調方式を組み合わせた 2³S₁→2³P₂ 間隔の測定を報告した。ラムゼー干渉法は単一の相互作用領域で得られる以上に実効線幅を狭め、離調ではなく相対位相を掃引することでいくつかの系統的シフトを抑制できる。得られた改良値は、理論側に隠れ場所となる自由な構造パラメータが存在しない系において、ポジトロニウム分光とQED予言の比較をより厳しいものにする。

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An optical centrifuge is a laser pulse whose polarization plane rotates ever faster, gripping a molecule's induced dipole and dragging it up to enormous rotational quantum numbers. The resulting "superrotors" have been used in gases to study rotational–translational energy transfer, magnetic effects and unusual collisional behaviour. Superfluid helium nanodroplets, meanwhile, are the standard cryogenic matrix for molecular spectroscopy: a molecule inside a droplet sits at 0.4 K and, remarkably, still rotates almost freely.

On 22 January 2026, Ian MacPhail-Bartley, Alexander Milner, Frank Stienkemeier and Valery Milner (University of British Columbia and the University of Freiburg) reported in Physical Review Letters — a Featured in Physics article — the first demonstration of optical-centrifuge control of molecular rotation inside helium nanodroplets. Combining the two techniques gives a way to drive an impurity from gentle rotation to extreme angular momentum while embedded in a superfluid, and thus to ask directly at what rotational speed the superfluid stops following the molecule and begins to resist — a microscopic probe of the breakdown of superfluidity around a rotating object.

光遠心分離機（optical centrifuge）とは、偏光面がしだいに速く回転していくレーザーパルスのことで、分子の誘起双極子をつかんで極めて大きな回転量子数まで引き上げる。生成される「スーパーローター」は気体中で、回転‐並進エネルギー移動、磁気効果、特異な衝突挙動の研究に用いられてきた。一方、超流動ヘリウム・ナノ液滴は分子分光の標準的な極低温マトリックスであり、液滴内の分子は0.4 Kに置かれながら、驚くべきことにほぼ自由に回転する。

2026年1月22日、I. MacPhail-Bartley、A. A. Milner、F. Stienkemeier、V. Milner（ブリティッシュコロンビア大学・フライブルク大学）はPhysical Review Letters誌に——Featured in Physicsの注目記事として——ヘリウム・ナノ液滴内での光遠心分離機による分子回転制御の初の実証を報告した。二つの手法を組み合わせることで、超流動体に埋め込まれた不純物を穏やかな回転から極限的な角運動量まで駆動でき、超流動が分子に追随するのをやめて抵抗し始めるのはどの回転速度からかを直接問える。回転物体まわりの超流動性の破綻を微視的に探るプローブである。

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How supermassive black holes grew so large so early is one of the sharpest open problems in astrophysics. One popular answer is "super-Eddington" accretion: swallowing gas faster than the classical Eddington limit allows. But most models predict that during such phases the inner accretion flow is reorganized in ways that dim the X-ray corona, and that powerful jets should be less prominent.

An international team led by Waseda University and Tohoku University, using the Subaru Telescope, has found a quasar at redshift z = 3.4 that breaks this expectation. The object is accreting at an extreme rate while simultaneously shining brightly in X-rays and driving strong radio emission from a jet — a combination many models do not expect to coexist. The authors suggest it may have been caught in a short-lived transitional stage: a sudden surge of inflowing gas pushes the system into a super-Eddington state while a bright corona and a strong jet remain energized for a limited time. Because such jets can inject energy into the host galaxy and regulate star formation, the object offers a new benchmark for testing jet-driven feedback during rapid black-hole growth in the early Universe. The results appeared in The Astrophysical Journal on 21 January 2026.

超大質量ブラックホールがなぜ宇宙初期にあれほど急速に成長できたのかは、天体物理学最大級の未解決問題である。有力な答えの一つが「超エディントン降着」——古典的なエディントン限界を超える速さでガスを飲み込む——というものだ。しかし多くのモデルは、その段階では内側の降着流の構造が変化してX線コロナが暗くなり、強力なジェットも目立たなくなると予測してきた。

早稲田大学と東北大学が主導する国際チームは、すばる望遠鏡を用いて、この予想を破る赤方偏移z = 3.4のクエーサーを発見した。この天体は極端な速さで降着しながら、同時にX線で明るく輝き、ジェットからの強い電波放射も示す——多くのモデルが共存しないと考えてきた組み合わせである。著者らは、これを短命な過渡段階で捉えた可能性を提案する。急激なガス流入が系を超エディントン状態に押し上げる一方、明るいコロナと強力なジェットが限られた時間だけ同時に活性化されている、という描像だ。こうしたジェットは母銀河にエネルギーを注入し星形成を調節しうるため、初期宇宙における急成長期のジェット駆動フィードバックを検証する新たな基準天体となる。成果は2026年1月21日付でThe Astrophysical Journal誌に掲載された。

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On 21 January 2026, a team led by Markus Arndt at the University of Vienna, together with colleagues at the University of Duisburg-Essen, reported in Nature the matter-wave interference of sodium nanoparticles containing more than 7,000 atoms, with masses exceeding 170,000 Da. This is the most massive class of objects ever shown to display quantum wave behaviour: the mass exceeds the previous molecular record (functionalized oligoporphyrins, ~25,000 Da) several-fold, while the experiment's "macroscopicity" reaches μ = 15.5 — about an order of magnitude beyond all previous experiments.

Each particle is roughly 8 nm across — comparable to a large protein — yet it was prepared in a delocalized superposition spanning far more than its own size. The experiment used a Talbot–Lau interferometer (named MUSCLE) with all-optical photodepletion gratings in the deep ultraviolet. Metal clusters are a qualitatively new material class for such tests, and the result places fresh empirical bounds on hypothetical modifications to quantum mechanics — such as spontaneous-collapse models — at the boundary between the quantum and classical worlds.

2026年1月21日、ウィーン大学のMarkus Arndt（マルクス・アルント）らのチームは、デュースブルク・エッセン大学の研究者と共同で、7,000個を超える原子からなる質量17万Da超のナトリウム・ナノ粒子の物質波干渉をNature誌に報告した。これは量子的な波動性が示された史上最も重い部類の物体であり、質量は従来の分子記録（機能化オリゴポルフィリン、約25,000 Da）を数倍上回り、実験の「マクロ性」はμ = 15.5に達して従来のあらゆる実験を約一桁上回った。

各粒子は直径およそ8 nmで、大きめのタンパク質に匹敵する大きさだが、それでも自身のサイズをはるかに超えて広がった非局在的な重ね合わせ状態に置かれた。実験では、深紫外の全光学的な光除去回折格子を用いたタルボ・ラウ干渉計（MUSCLEと命名）が使われた。金属クラスターはこの種の検証にとって質的に新しい物質群であり、本結果は量子・古典の境界における量子力学への仮想的な修正（自発的収縮モデルなど）に新たな実験的制約を与える。

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The rapid rise of altermagnetism has been accompanied by disputes over which materials are genuine altermagnets and what evidence should count. Because an altermagnet has zero net magnetization like an antiferromagnet but a spin-split band structure like a ferromagnet, distinguishing it experimentally requires care: several conventional magnetic phases can mimic parts of the signature.

On 21 January 2026, Tomas Jungwirth, Jairo Sinova and Libor Šmejkal — among the researchers who introduced the concept — published a review in Nature setting out the criteria. They compare the symmetry, microscopy and spectroscopy signatures of altermagnetism against those of traditional ferromagnetism and Néel antiferromagnetism, and against magnetic phases with symmetry-protected compensated non-collinear spin orders, giving the community a common yardstick for claims of altermagnetic behaviour.

交替磁性（altermagnetism）の急速な台頭には、どの物質が真のアルターマグネットなのか、どんな証拠を採用すべきかをめぐる論争が伴ってきた。アルターマグネットは反強磁性体のように正味磁化がゼロでありながら強磁性体のようにスピン分裂したバンド構造をもつため、実験的な識別には注意が要る——複数の従来型磁気相が指標の一部を模倣しうるからである。

2026年1月21日、概念の提唱者に名を連ねるトマス・ユングヴィルト、ハイロ・シノヴァ、リボル・シュメイカルの3氏がNature誌にレビューを発表し、その判定基準を提示した。交替磁性の対称性・顕微鏡・分光の指標を、伝統的な強磁性やネール型反強磁性、さらに対称性に守られた補償型の非共線スピン秩序をもつ磁気相と比較しており、アルターマグネット的振る舞いの主張に対する共通のものさしを研究コミュニティに与えるものである。

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Stars, planets and galaxies all carry magnetic fields ordered on scales far larger than the turbulent eddies that stir their conducting fluids. Explaining how turbulence generates such large-scale order — the large-scale dynamo problem — has been a central and stubborn question in plasma astrophysics, and simulations have often failed to produce robust large-scale fields from first principles.

In Nature on 21 January 2026, researchers reported advanced three-dimensional turbulence simulations in which large-scale magnetic fields are generated ab initio, and identified the mechanism: jets induced by the shear flow organize the turbulence and drive the dynamo. The authors derived an analytical model that reproduces the essential features of both the flow and the field generation, providing a physically transparent account of large-scale magnetic-field growth in sheared, turbulent astrophysical plasmas.

恒星も惑星も銀河も、導電性流体をかき混ぜる乱流渦よりはるかに大きなスケールで秩序づけられた磁場をもつ。乱流がどのようにしてそのような大規模秩序を生むのか——大規模ダイナモ問題——はプラズマ宇宙物理の中心的かつ手強い問いであり、シミュレーションは第一原理から頑健な大規模磁場を生成できないことが多かった。

2026年1月21日のNature誌で、研究チームは、大規模磁場が第一原理的に生成される高度な三次元乱流シミュレーションを報告し、その機構を特定した——シア流によって誘起されるジェットが乱流を組織化し、ダイナモを駆動するのである。著者らは流れと磁場生成の本質的特徴を再現する解析模型も導出しており、シアのある乱流的天体プラズマにおける大規模磁場成長の物理的に見通しのよい説明を与えている。

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Silicate dust in interstellar clouds is amorphous, yet comets and meteorites in our own Solar System contain crystalline silicates such as forsterite and enstatite. Something must heat the grains to hundreds of kelvin inside planet-forming disks. Episodic accretion bursts — when a young star abruptly swallows a surge of disk material and brightens dramatically — have long been the leading suspect, but catching crystallization in the act has proved elusive.

In Nature on 21 January 2026, a team led by Jeong-Eun Lee reported the detection of forsterite and enstatite emission features in the young stellar object EC 53 during its accretion bursts. Because the crystalline signatures appear in step with the bursts, the observation is among the first direct pieces of evidence for in situ silicate crystallization driven by episodic accretion — connecting the outbursts seen in young stars today with the crystalline grains preserved in Solar System comets.

星間雲の珪酸塩ダストはアモルファスである。にもかかわらず、太陽系の彗星や隕石にはフォルステライトやエンスタタイトといった結晶質珪酸塩が含まれている。惑星形成円盤の内部で、何かが塵粒子を数百ケルビンまで加熱しているはずだ。若い星が円盤物質を突然大量に飲み込み劇的に増光する「間欠的な降着バースト」が長らく有力容疑者だったが、結晶化の現場を捉えることは難しかった。

2026年1月21日のNature誌で、イ・ジョンウン（Jeong-Eun Lee）らのチームは、若い星EC 53の降着バースト期にフォルステライトとエンスタタイトの放射特徴を検出したと報告した。結晶の兆候がバーストと歩調を合わせて現れることから、これは間欠的降着に駆動されたその場（in situ）での珪酸塩結晶化を示す最初期の直接的証拠の一つとなる。今日の若い星に見られるアウトバーストと、太陽系の彗星に保存された結晶粒子とを結びつける成果である。

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Barocaloric cooling uses pressure, rather than the compression and expansion of a gas, to drive a material through a transition that absorbs or releases heat. The approach avoids greenhouse-gas refrigerants, but practical systems have suffered from modest entropy changes and from the need for a separate liquid to carry heat between the working material and the load.

In Nature on 21 January 2026, researchers reported an extreme barocaloric effect in aqueous ammonium thiocyanate (NH₄SCN) solutions, driven by pressure-induced dissolution and precipitation of the salt. Because the working material is itself a liquid solution, it can circulate and transport heat directly, dispensing with a separate heat-transfer fluid and simplifying the machine. The result strengthens the case for solid-state and liquid-state caloric cooling as an alternative to vapour compression.

圧力熱量（バロカロリック）冷却は、気体の圧縮・膨張ではなく圧力を用いて物質に吸熱・発熱を伴う転移を起こさせる方式である。温室効果冷媒を避けられるが、実用系ではエントロピー変化が小さいことと、作動物質と負荷の間で熱を運ぶ別の液体が必要になることが弱点だった。

2026年1月21日のNature誌で、研究チームは、チオシアン酸アンモニウム（NH₄SCN）水溶液において、圧力誘起の溶解・析出に駆動される極端な圧力熱量効果を報告した。作動物質そのものが液体の溶液であるため、それ自体が循環して直接熱を運べる。別途の熱媒体が不要になり装置が簡素化される。蒸気圧縮式に代わる固体・液体カロリック冷却の有望性を強める成果である。

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Quantum sensing with spins — most famously with nitrogen-vacancy centres in diamond — offers exquisite sensitivity to magnetic fields, but getting a diamond nanocrystal to a specific location inside a living cell is awkward. A genetically encoded sensor would instead be produced by the cell itself, at a location determined by the biology.

In Nature on 21 January 2026, researchers reported engineering a recently developed class of magneto-sensitive fluorescent proteins so as to tailor how they respond to magnetic fields and radio-frequency driving, demonstrating quantum spin resonance in the proteins. Because optical readout and spin resonance can be combined, the proteins support multimodal sensing of biological systems, and, being genetically encoded, they can be expressed in chosen cells and compartments — a step towards quantum sensing that is native to the sample rather than inserted into it.

スピンを用いた量子センシング——最も有名なのはダイヤモンド中の窒素空孔（NV）中心——は磁場に対して並外れた感度をもつが、ダイヤモンドのナノ結晶を生きた細胞内の狙った場所へ届けるのは厄介である。遺伝的にコードされたセンサーであれば、細胞自身が、生物学が決める場所でそれを作ってくれる。

2026年1月21日のNature誌で、研究チームは、近年開発された磁気応答性蛍光タンパク質の一群を改変し、磁場と高周波駆動への応答特性を設計したうえで、タンパク質中の量子スピン共鳴を実証したと報告した。光学的読み出しとスピン共鳴を組み合わせられるため、生体系のマルチモーダルなセンシングが可能になる。遺伝的にコードされているので狙った細胞や細胞内区画で発現させられる——試料に「挿入する」のではなく試料に「もともと備わる」量子センシングへの一歩である。

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Every chemistry textbook states that a catalyst speeds up a reaction in both directions and therefore cannot shift its equilibrium. Over the past decade, however, experiments have repeatedly reported that enzymes diffuse faster when their substrate is present — "enhanced diffusion" — a phenomenon whose mechanism and even reality have been debated at length.

On 21 January 2026, Shunsuke Ichii, Tetsuhiro S. Hatakeyama and Kunihiko Kaneko reported in Physical Review Letters that taking enhanced diffusion seriously has a striking consequence. If an enzyme's mobility depends on local substrate concentration, then in a spatially inhomogeneous system the enzyme redistributes itself in a way that is correlated with the chemical state, and the steady state settles away from chemical equilibrium — the enzyme acts, in effect, as a Maxwell demon. The authors emphasize that no thermodynamic law is violated: the deviation is sustained by the free energy that drives the enhanced diffusion in the first place. The analysis makes enhanced diffusion falsifiable in a new way, since it predicts a measurable equilibrium offset rather than merely a faster mean-square displacement.

化学の教科書はどれも、触媒は反応を正逆両方向に加速するのだから平衡をずらすことはできないと述べる。しかしこの10年ほど、酵素は基質が存在すると拡散が速くなる——「拡散増強（enhanced diffusion）」——という実験報告が繰り返されてきた。その機構どころか実在性までもが長く議論されてきた現象である。

2026年1月21日、S. Ichii、T. S. Hatakeyama、K. Kanekoの3氏はPhysical Review Letters誌に、この拡散増強を真剣に受け取ると驚くべき帰結が生じると報告した。酵素の移動度が局所的な基質濃度に依存するならば、空間的に不均一な系では酵素は化学的状態と相関した形で自らを再分配し、定常状態は化学平衡から外れた場所に落ち着く——酵素は事実上マクスウェルの悪魔として振る舞う。著者らは熱力学法則が破られているわけではないことを強調する。このずれは、そもそも拡散増強を駆動している自由エネルギーによって維持されているからだ。この解析は、単に平均二乗変位が速くなるというだけでなく、測定可能な平衡からのオフセットを予言する点で、拡散増強に新たな反証可能性を与える。

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How does a single foreign particle — an impurity — behave when immersed in a “Fermi sea” of many identical fermions such as electrons or atoms? Two very different pictures have long coexisted: the established quasiparticle (Fermi-polaron) view, in which a mobile impurity dresses itself with excitations and moves through the sea, and a contrasting view in which the impurity acts as a heavy, essentially static scatterer (Anderson’s orthogonality catastrophe). Theorists at the Institute for Theoretical Physics of Heidelberg University have presented a framework that unifies the two, in a paper published in Physical Review Letters on 6 November 2025 and highlighted by the university on 20 January 2026.

By reordering the operators of the underlying many-body Hamiltonian, the authors derive a modified fermion dispersion with a recoil-induced energy gap — the “mass gap” — and identify it as the microscopic origin of the Fermi polaron’s quasiparticle weight, whose power-law scaling with the impurity-to-fermion mass ratio connects the mobile-quasiparticle regime continuously to the static limit. The result has far-reaching implications for current quantum-matter experiments with ultracold atomic gases and related strongly correlated systems, where impurity physics is a key probe of many-body correlations.

電子や原子のような多数の同一フェルミオンからなる「フェルミ海」に、ただ一つの異物（不純物）を浸したとき、それはどう振る舞うのか。長らく二つの異なる描像が併存してきた——可動な不純物が励起をまといながら海を移動するとする確立した準粒子（フェルミ・ポラロン）の描像と、不純物が重くほぼ静止した散乱体として振る舞うとする描像（アンダーソンの直交性カタストロフィー）である。ハイデルベルク大学理論物理学研究所の理論家らは、この二つを統一する枠組みを2025年11月6日付でPhysical Review Letters誌に発表し、同大学が2026年1月20日に紹介した。

著者らは、多体ハミルトニアンの演算子を並べ替えることで、反跳に起因するエネルギーギャップ——「質量ギャップ（mass gap）」——を持つ修正されたフェルミオン分散を導き、これがフェルミ・ポラロンの準粒子重みの微視的起源であることを同定した。準粒子重みは不純物とフェルミオンの質量比に対してべき乗則でスケールし、可動な準粒子の領域と静止極限とを連続的につなぐ。この成果は、不純物の物理が多体相関の重要なプローブとなる超冷却原子気体などの量子物質実験に広く重要な含意を持つと述べている。

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On 20 January 2026, a team from IBM Quantum and Algorithmiq (Laurin E. Fischer, Matea Leahy, Sergey N. Filippov and colleagues) reported in Nature Physics that a 91-qubit superconducting quantum processor can accurately simulate the dynamics of maximally chaotic "dual-unitary" circuits. Dual-unitary circuits are non-integrable, yet permit exact analytical results for certain correlation functions, making them an ideal benchmark for verification at scale.

By combining improved noise-learning with tensor-network error mitigation, the measured correlators matched the exact analytical predictions. The team then perturbed the circuits away from the dual-unitary point and compared against classical tensor-network simulations, probing dynamics beyond exact verification. The work shows that error-mitigated, pre-fault-tolerant processors can serve as trustworthy tools for exploring quantum many-body physics.

2026年1月20日、IBM QuantumとAlgorithmiqのLaurin E. Fischer、Matea Leahy、Sergey N. Filippovらは、91量子ビットの超伝導量子プロセッサが最大限にカオス的な「デュアルユニタリ（dual-unitary）」回路のダイナミクスを正確にシミュレートできるとNature Physics誌に報告した。デュアルユニタリ回路は非可積分でありながら、特定の相関関数について厳密な解析解が得られるため、大規模系での検証に理想的なベンチマークとなる。

改良したノイズ学習とテンソルネットワークによる誤り抑制（error mitigation）を組み合わせることで、測定された相関関数は厳密な解析予測と一致した。さらに回路をデュアルユニタリ点から外して摂動を加え、古典的テンソルネットワーク計算と比較して、厳密検証の及ばない領域のダイナミクスも探った。誤り耐性到達前（pre-fault-tolerant）のプロセッサでも、誤り抑制を用いれば量子多体物理を探る信頼できる道具になり得ることを示す。

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Optical atomic clocks are now so good that their performance is often limited not by the atoms but by the laser used to interrogate them. That laser's stability is set by an ultrastable reference cavity, and the cavity's floor is thermal noise: Brownian motion of the atoms in the amorphous dielectric coatings on the mirrors, which makes the mirror surfaces jitter by fractions of a femtometre.

On 20 January 2026, a collaboration between JILA/NIST (Jun Ye's group) and PTB in Germany reported in Physical Review Letters — highlighted as a Featured in Physics article — a cryogenic silicon cavity fitted with crystalline AlGaAs mirror coatings, achieving a fractional frequency instability of 2.5×10⁻¹⁷. Single-crystal semiconductor coatings have far lower mechanical loss than sputtered amorphous films, and therefore far less thermal noise, but growing and transferring them without introducing new noise sources has been the obstacle. Reaching this level matters directly for optical clock comparisons at the 10⁻¹⁸ level and for the redefinition of the SI second, as well as for tests of fundamental physics that rely on clock stability.

光格子時計をはじめとする光原子時計はいまや非常に高性能で、その性能を制限するのは原子そのものではなく、原子を励起するレーザーであることが多い。そのレーザーの安定度は超安定参照共振器で決まり、共振器の下限を与えるのが熱雑音である。すなわち、ミラー上のアモルファス誘電体多層膜中の原子のブラウン運動が、ミラー面をフェムトメートル以下の振幅で揺らすのだ。

2026年1月20日、JILA/NIST（Jun Yeグループ）とドイツPTBの共同チームはPhysical Review Letters誌に——Featured in Physicsの注目記事として——結晶性AlGaAsミラーコーティングを備えた極低温シリコン共振器により、周波数安定度2.5×10⁻¹⁷を達成したと報告した。単結晶半導体コーティングはスパッタ製アモルファス膜に比べて機械損失がはるかに小さく、したがって熱雑音も格段に低いが、新たな雑音源を持ち込まずに成長・転写することが障壁だった。この水準への到達は、10⁻¹⁸レベルでの光時計比較やSI秒の再定義、さらに時計の安定度に依拠する基礎物理の検証に直接効いてくる。

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Generative diffusion models — the technology behind modern image synthesis — work by learning to reverse a noising process: start from pure noise and gradually denoise toward a sample from the target distribution. Described that way, the algorithm is conspicuously physical. Noise, relaxation and the approach to a stationary distribution are the everyday vocabulary of stochastic thermodynamics, which raises an obvious question: must this be simulated digitally at all?

On 20 January 2026, Stephen Whitelam (Lawrence Berkeley National Laboratory) reported in Physical Review Letters a framework for generative thermodynamic computing, in which a physical stochastic system performs the denoising natively rather than having it emulated in software. The paper estimates an energy efficiency roughly eleven orders of magnitude better than the digital counterpart, since the dynamics that constitute the computation are the system's own relaxation rather than billions of arithmetic operations. The issue cover shows the idea in action: a portrait of Paul Langevin — whose equation underlies the whole scheme — emerging from noise in a simulated thermodynamic computer.

生成拡散モデル——現代の画像生成技術の基盤——は、ノイズ付加過程を逆転させることを学習して動作する。純粋なノイズから出発し、目標分布からの標本へ向けて徐々にノイズを除去していく。こう説明すると、このアルゴリズムは際立って物理的である。ノイズ、緩和、定常分布への接近は確率熱力学の日常語彙そのものであり、当然の疑問が浮かぶ。これはそもそもデジタルにシミュレートする必要があるのか、と。

2026年1月20日、Stephen Whitelam（ローレンス・バークレー国立研究所）はPhysical Review Letters誌に「生成的熱力学計算（generative thermodynamic computing）」の枠組みを報告した。ソフトウェアで模倣するのではなく、物理的な確率系そのものがノイズ除去を実行する方式である。論文はデジタル方式に対しておよそ11桁優れたエネルギー効率を見積もる。計算を構成するダイナミクスが、数十億回の算術演算ではなく、系自身の緩和だからである。同号の表紙はこの着想を可視化している。全体の基盤となる方程式を残したポール・ランジュヴァンの肖像が、シミュレートされた熱力学計算機の中でノイズから浮かび上がってくる。

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A nonlinear system can possess several stable states at the same parameter values, and which one it occupies depends on its history. Some of those states, however, are hidden: their basins of attraction are not connected to any state reachable by slowly sweeping a control parameter, so conventional protocols never find them. They are invisible in practice even though the equations say they exist.

On 20 January 2026, a team from Wuhan University reported in Physical Review Letters — a Featured in Physics article — the experimental observation of such hidden states using programmable electroacoustic cavities, in which the nonlinearity and coupling can be reconfigured electronically. By designing non-adiabatic trajectories through parameter space rather than quasi-static sweeps, the team steered the system into stable states that conventional control cannot reach, and then verified their stability. Beyond confirming a textbook-level prediction, the demonstration is a practical recipe: any nonlinear platform with programmable parameters — photonic, mechanical or electronic — can in principle be driven into its hidden attractors, expanding the usable state space of nonlinear devices.

非線形系は同じパラメータ値のもとで複数の安定状態を持ちうるし、どの状態にいるかは履歴で決まる。だがそれらの状態の一部は「隠れて」いる。引き込み領域が、制御パラメータをゆっくり掃引して到達できるどの状態ともつながっていないため、従来の手順では決して見つからないのだ。方程式が存在を告げていても、実際には不可視である。

2026年1月20日、武漢大学のチームはPhysical Review Letters誌に——Featured in Physicsの注目記事として——非線形性と結合を電子的に再構成できるプログラマブル電気音響共振器を用いて、こうした隠れた状態を実験的に観測したと報告した。準静的な掃引ではなくパラメータ空間中の非断熱的な経路を設計することで、従来の制御では届かない安定状態へ系を導き、その安定性を確認した。教科書的な予言の確認にとどまらず、実用的なレシピでもある。パラメータをプログラム可能な非線形プラットフォームであれば、フォトニクスでも力学系でも電子回路でも、原理的には隠れたアトラクターへ駆動でき、非線形素子の使える状態空間が広がる。

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In the holographic correspondence, the geometry of a spacetime is encoded in the entanglement structure of a boundary quantum state — the slogan is that entanglement builds geometry. For three or more parties, entanglement comes in inequivalent kinds: GHZ-type, in which the correlation is irreducibly shared among all parties at once, and bipartite (EPR-type) pairing, which can be decomposed into pairs. Which of these dominates in holography has been an active question, because the answer constrains how a smooth classical geometry can emerge at all.

On 20 January 2026, Vijay Balasubramanian, Monica Jinwoo Kang, Charlie Cummings, Chitraang Murdia and Simon Ross reported in Physical Review Letters that time-symmetric holographic states can never have purely GHZ-like entanglement. The proof rules out one whole class of possible microscopic structures and supports the picture in which bipartite entanglement carries most of the geometric information — consistent with the Ryu–Takayanagi formula's essentially pairwise character. It is a rare case where an abstract question about multipartite entanglement yields a sharp no-go theorem about the emergence of spacetime.

ホログラフィック対応では、時空の幾何は境界の量子状態のもつれ構造に符号化される。「もつれが幾何を作る」というのが標語である。三者以上になると、もつれには非同値な種類が現れる。相関が全当事者に一挙に不可分に共有されるGHZ型と、ペアに分解できる二者間（EPR型）のもつれである。ホログラフィーではどちらが支配的かは活発な論点だった。その答えが、そもそも滑らかな古典幾何がどのように創発しうるかを制約するからである。

2026年1月20日、V. Balasubramanian、M. J. Kang、C. Cummings、C. Murdia、S. F. RossはPhysical Review Letters誌に、時間反転対称なホログラフィック状態は純粋なGHZ型もつれを決して持ちえないことを報告した。この証明は、可能な微視的構造の一クラスを丸ごと排除し、幾何情報の大半を二者間もつれが担うという描像を支持する。これは笠‐高柳公式が本質的に対（ペア）的な性格を持つことと整合する。多者間もつれに関する抽象的な問いが、時空創発についての鋭い不可能性定理を生んだ稀な例である。

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Cold dark matter reproduces the large-scale universe beautifully but has long-standing difficulties on the scale of individual galaxies. One popular alternative is self-interacting dark matter (SIDM), whose particles can scatter off one another while remaining effectively blind to ordinary baryonic matter. SIDM halos are predicted to undergo "gravothermal core collapse": heat flows outward, the centre contracts and heats up, and the collapse accelerates — possibly ending in a black hole.

Modelling that endgame is hard, because the usual fluid (gravothermal) approximation stops being valid exactly when the collapse becomes interesting. In work published in Physical Review Letters and highlighted by the Perimeter Institute on 19 January 2026, James Gurian and Simon May introduced a computational method that follows the late evolution of SIDM halos beyond the fluid approximation, making it practical to explore particle-interaction models that were previously difficult to simulate accurately. As Gurian frames it, the goal is to reach the phase after a black hole has formed — which would connect the microphysics of dark matter to potentially observable astrophysical signatures.

冷たい暗黒物質（CDM）は宇宙の大規模構造を見事に再現するが、個々の銀河のスケールでは長年の困難を抱えてきた。有力な代替案のひとつが自己相互作用暗黒物質（SIDM）で、その粒子は互いに散乱し合う一方で、通常のバリオン物質とは実質的に相互作用しない。SIDMハローは「重力熱的コア崩壊（gravothermal core collapse）」を起こすと予想されている——熱が外へ逃げ、中心は収縮して高温化し、崩壊が加速して、やがてブラックホールに至る可能性さえある。

この終盤をモデル化するのは難しい。通常用いられる流体（重力熱）近似は、まさに崩壊が興味深くなる局面で妥当性を失うからだ。Physical Review Letters誌に発表され、2026年1月19日にペリメーター研究所が紹介した研究で、James GurianとSimon Mayは、流体近似を超えてSIDMハローの後期進化を追跡できる計算手法を導入した。これにより、従来は正確なシミュレーションが困難だった粒子相互作用モデルを現実的に探れるようになった。Gurianによれば、次の目標はブラックホール形成後の段階に到達することであり、暗黒物質のミクロな性質と観測可能な天体物理的痕跡をつなぐことになる。

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A conventional spectrometer splits light with a grating or prism and needs a long optical path, which is why laboratory instruments are bulky. On 19 January 2026, a University of California, Davis team led by M. Saif Islam reported in Advanced Photonics a spectrometer-on-a-chip that dispenses with the optics entirely.

The device uses photon-trapping nanostructures etched into a silicon platform. Rather than physically separating wavelengths, each detector element responds to incoming light with its own distinctive, wavelength-dependent signature; a neural network then reconstructs the full spectrum from the combined responses. The photon-trapping design also extends sensitivity into the near-infrared, a region where thin silicon is normally close to transparent. The result is real-time hyperspectral sensing across the visible and near-infrared range from a chip-scale device fabricated on a standard silicon platform — a compact alternative to bench instruments for applications such as biomedical imaging, agriculture and environmental monitoring.

従来の分光器は回折格子やプリズムで光を分け、長い光路を必要とする。実験室の装置がかさばっているのはそのためだ。2026年1月19日、カリフォルニア大学デービス校のM. Saif Islamらのチームは、そうした光学系を一切使わないオンチップ分光器をAdvanced Photonics誌に発表した。

この素子は、シリコン基盤にエッチされた「フォトントラッピング」ナノ構造を用いる。波長を物理的に分離するのではなく、各検出素子が入射光に対して固有の波長依存応答を返し、その組み合わせからニューラルネットワークがスペクトル全体を再構成する。フォトントラッピング構造は、薄いシリコンが本来ほぼ透明になる近赤外領域まで感度を伸ばす役割も果たす。結果として、標準的なシリコンプロセスで作られたチップサイズの素子で、可視–近赤外のリアルタイムハイパースペクトル計測が可能になった。医療イメージング、農業、環境モニタリングなどで、据置型装置の小型代替となり得る。

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On 19 January 2026, an international team co-led by the Okinawa Institute of Science and Technology (OIST) and Stanford University (Vivek Pareek, David R. Bacon and colleagues, with corresponding authors Felipe H. da Jornada and Keshav M. Dani) reported in Nature Physics a new route to Floquet engineering — reshaping a material's electronic structure with a time-periodic field. Conventional Floquet engineering needs intense laser light, which causes heating and multi-photon absorption.

Using time- and angle-resolved photoemission spectroscopy (TR-ARPES) on a monolayer semiconductor, they showed that the time-periodic oscillation of the self-energy of an electron bound to a hole — the "excitonic field" — produces Floquet effects about two orders of magnitude stronger and longer-lived than optically driven counterparts. The measurements directly capture the hybridization between the exciton-dressed conduction band and the valence band, opening applied Floquet physics for engineering quantum materials.

2026年1月19日、沖縄科学技術大学院大学（OIST）とスタンフォード大学が共同で率いる国際チーム（Vivek Pareek、David R. Baconら、責任著者はFelipe H. da JornadaとKeshav M. Dani）は、時間周期的な場で材料の電子構造を作り変える「フロケ工学」の新しい手法をNature Physics誌に報告した。従来のフロケ工学は強力なレーザー光を必要とし、加熱や多光子吸収を招く。

単層半導体に対する時間・角度分解光電子分光（TR-ARPES）により、正孔に束縛された電子の自己エネルギーが時間周期的に振動する「励起子場（excitonic field）」が、光駆動の場合より約2桁強く、かつ長寿命のフロケ効果を生むことを示した。測定はエキシトンで装飾された伝導帯と価電子帯の混成を直接捉えており、量子材料を設計するための「応用フロケ物理」への扉を開く。

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In January 2026 the Baryon Antibaryon Symmetry Experiment (BASE) at CERN — an international collaboration including Imperial College London — was recognized among Physics World's Top 10 Breakthroughs of 2025. BASE was honored for being the first to achieve coherent quantum control of the spin of a single trapped antiproton, a major advance in antimatter physics. An antiproton has the same mass as a proton but opposite charge, and behaves like a tiny magnet that can point in one of two spin directions.

Coherently driving and reading out that single spin lets physicists measure the antiproton's magnetic moment with unprecedented precision. Comparing it to the proton's provides one of the most stringent tests of CPT symmetry — the deep requirement that matter and antimatter obey mirror-image laws. Any tiny discrepancy could help explain why the universe is made of matter rather than antimatter. The findings were first published in Nature in 2025 and selected by Physics World in December; the wider recognition continued into the new year.

2026年1月、CERNのバリオン・反バリオン対称性実験（BASE）——インペリアル・カレッジ・ロンドンを含む国際共同研究——が、Physics World誌の2025年トップ10ブレイクスルーに選出された。BASEは、単一の捕捉された反陽子のスピンを世界で初めてコヒーレントに量子制御したことが評価された。これは反物質物理学における大きな前進である。反陽子は陽子と同じ質量を持つが電荷が逆で、2つのスピン方向のいずれかを向く微小な磁石のように振る舞う。

この単一スピンをコヒーレントに駆動・読み出すことで、反陽子の磁気モーメントを前例のない精度で測定できる。これを陽子の値と比較することは、物質と反物質が鏡像の法則に従うべきだというCPT対称性の最も厳密な検証の一つとなる。わずかなずれが見つかれば、なぜ宇宙が反物質ではなく物質でできているのかの解明につながりうる。成果は2025年にNature誌に発表され、同年12月にPhysics Worldのトップ10に選ばれた後、年明けにかけて広く評価が続いた。

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Deciding what machine follows the High-Luminosity LHC is arguably the single largest question facing experimental particle physics, because the answer commits the field to a particular energy frontier for decades and to construction costs measured in the billions. On 16 January 2026, CERN announced the January/February issue of the CERN Courier, which lays out projections serving as an important input to the 2026 update of the European Strategy for Particle Physics.

The central decision concerns seven large-scale collider projects proposed by the community as possible successors to the High-Luminosity LHC. The same issue surveys two flagship themes of symmetry breaking: Peccei–Quinn symmetry breaking, which would explain why the strong interaction shows no CP violation while also supplying a dark-matter candidate in the QCD axion — with two cavity-haloscope experiments preparing to push axion searches over the coming decade — and electroweak symmetry breaking, the mechanism thought to give elementary particles their mass. Together these frame what a next-generation collider would be built to test.

高輝度LHC（HL-LHC）の次にどの装置を建設するかは、実験素粒子物理学が直面する最大の問いと言ってよい。その答えは今後数十年のエネルギーフロンティアの方向と、数十億規模の建設費を決めてしまうからである。2026年1月16日、CERNはCERN Courier誌の1・2月号の発行を告知した。同号は、欧州素粒子物理戦略（European Strategy for Particle Physics）の2026年改訂に向けた重要な入力となる見通しをまとめている。

焦点となるのは、HL-LHCの後継としてコミュニティが提案した7つの大規模コライダー計画の選択である。同号はまた、対称性の自発的破れをめぐる二つの主題を扱う。一つはペッチェイ・クイン対称性の破れで、強い相互作用にCP対称性の破れが見られない理由を説明すると同時に、暗黒物質候補であるQCDアクシオンをもたらす——今後10年、2つの空洞ハロスコープ実験がアクシオン探索の限界を押し広げようとしている。もう一つは電弱対称性の破れで、素粒子に質量を与えたとされる機構である。これらは、次世代コライダーが何を検証するために建設されるのかという枠組みそのものを示している。

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If a neutrino is a Majorana particle — identical to its own antiparticle — then a nucleus can in principle undergo double-beta decay emitting two electrons and no neutrinos at all. Such a decay would violate lepton number conservation, explain why neutrino masses are so small via the seesaw mechanism, and bear on why the universe contains matter rather than equal parts matter and antimatter. Nothing else in laboratory physics tests these questions as directly, and no experiment has yet seen the decay.

On 16 January 2026, the LEGEND Collaboration published in Physical Review Letters the first results from LEGEND-200, an array of high-purity germanium detectors enriched in ⁷⁶Ge operating deep underground at the Gran Sasso National Laboratory in Italy. The germanium crystals are simultaneously the source and the detector, which gives outstanding energy resolution at the decay endpoint — the key to separating a hypothetical signal from the two-neutrino decay and from radioactive backgrounds. No signal was observed in this first exposure, and the collaboration reports a corresponding limit on the ⁷⁶Ge half-life; the more consequential point is that the detector's background performance sets the trajectory toward LEGEND-1000, designed to probe the inverted-ordering neutrino mass region.

ニュートリノがマヨラナ粒子——自分自身の反粒子と同一——であれば、原子核は原理的に、電子2個を放出しニュートリノを1個も出さない二重ベータ崩壊を起こしうる。この崩壊はレプトン数保存を破り、シーソー機構によってニュートリノ質量がなぜこれほど小さいかを説明し、宇宙がなぜ物質と反物質を等量含まずに物質でできているのかにも関わる。実験室物理でこれらの問いをこれほど直接に検証する手段はほかになく、いまだ誰もこの崩壊を見ていない。

2026年1月16日、LEGEND共同研究はPhysical Review Letters誌に、LEGEND-200の初結果を発表した。イタリアのグラン・サッソ国立研究所の地下深くで稼働する、⁷⁶Geを濃縮した高純度ゲルマニウム検出器アレイである。ゲルマニウム結晶は線源と検出器を兼ねるため、崩壊端点でのエネルギー分解能が非常に高い。これが仮想的な信号を二重ニュートリノ崩壊や放射性背景から切り分ける鍵となる。この初期露光では信号は観測されず、共同研究は⁷⁶Ge半減期に対する対応する下限を報告した。より重要なのは、検出器の背景性能が、逆階層のニュートリノ質量領域まで探索できるよう設計されたLEGEND-1000への道筋を定める点である。

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Rhombohedral multilayer graphene has become a laboratory for interaction-driven phases because its flat bands make Coulomb energy dominate kinetic energy. Electrons there carry two binary labels, spin and valley, giving four "isospin" flavours. When interactions spontaneously polarize both labels, only one flavour remains occupied — a quarter metal. Superconductivity has been observed to emerge in the vicinity of such states, which is puzzling: conventional BCS pairing requires two electrons of opposite spin, and a fully polarized state has none available.

On 16 January 2026, Chiho Yoon, Tianyi Xu, Yafis Barlas and Fan Zhang reported in Physical Review Letters a theoretical account of quarter-metal superconductivity in rhombohedral graphene. Because the parent state has broken both spin-rotation and valley symmetry, the pairing must be of unconventional symmetry, and the analysis identifies which channels the flat-band structure and interactions actually favour, along with the experimental signatures — such as the response to in-plane fields and to displacement-field tuning — that could distinguish them. The work sits at the centre of one of the most active questions in two-dimensional materials: whether graphene's superconductivity is a distant cousin of the cuprates or something structurally new.

菱面体積層（ロンボヘドラル）多層グラフェンは、平坦バンドによってクーロンエネルギーが運動エネルギーを凌駕するため、相互作用駆動の相を調べる実験室となってきた。この系の電子はスピンと谷という二つの二値ラベルを持ち、合わせて4つの「アイソスピン」フレーバーをなす。相互作用が両方のラベルを自発的に分極させると、占有されるフレーバーは1つだけになる——これがクォーターメタルである。こうした状態の近傍で超伝導が観測されており、これは不可解だ。従来のBCS対形成は逆向きスピンの電子2個を要するが、完全分極状態にはその相手がいない。

2026年1月16日、C. Yoon、T. Xu、Y. Barlas、F. ZhangはPhysical Review Letters誌に、菱面体グラフェンにおけるクォーターメタル超伝導の理論的説明を報告した。母相がスピン回転対称性と谷対称性の双方を破っているため、対形成は非従来型の対称性を持たざるをえない。解析は、平坦バンド構造と相互作用が実際にどのチャンネルを選好するかを特定し、面内磁場や変位電場による調整への応答といった、それらを区別しうる実験的痕跡も示す。グラフェンの超伝導が銅酸化物の遠縁なのか、それとも構造的に新しい何かなのか——二次元物質で最も活発な問いの中心に位置する研究である。

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Whether a material is an insulator, a metal or a superconductor is ultimately a statement about transport. The key quantity is the Drude weight, which measures how much of a current propagates ballistically rather than dissipating away. In the 15 January 2026 issue of Science, a TU Wien team from the Atominstitut (first author Philipp Schüttelkopf, with Frederik Møller and Jörg Schmiedmayer) reported a direct measurement of Drude weights in an ultracold quantum gas (the paper first appeared online in November 2025).

The experiment confined thousands of interacting bosonic rubidium atoms to a single line on an atom chip, forming a one-dimensional "quantum wire." Currents were induced in two independent ways — by applying a constant force to the gas, and by joining two subsystems prepared at different equilibria — and both the atomic and the energy currents were tracked. Diffusion turned out to be almost completely suppressed: mass and energy propagate ballistically even with interactions and at finite temperature, so the gas behaves like a perfect conductor despite countless collisions. The team likens it to a Newton's cradle, where momentum passes straight through the chain. The behaviour follows from integrability, which gives the system long-lived quasiparticle excitations, and the measurements match predictions from generalized hydrodynamics; the method itself provides a transparent way to characterize transport in strongly correlated matter where theory is still incomplete.

ある物質が絶縁体なのか金属なのか超伝導体なのかという問いは、結局のところ輸送についての問いである。鍵となる量はドルーデ重み（Drude weight）で、電流のうちどれだけが散逸せずに弾道的に伝わるかを表す。Science誌2026年1月15日号で、ウィーン工科大学（TU Wien）原子研究所のチーム（筆頭著者Philipp Schüttelkopf、Frederik Møller・Jörg Schmiedmayerら）は、超冷量子気体におけるドルーデ重みの直接測定を報告した（論文のオンライン公開は2025年11月）。

実験では、相互作用するボソン型ルビジウム原子数千個を原子チップ上の一本の線に閉じ込め、1次元の「量子ワイヤー」を作った。電流（原子流）は二つの独立な方法——気体に一定の力を加える方法と、異なる平衡状態に準備した二つの部分系をつなぐ方法——で誘起され、原子流とエネルギー流の両方が追跡された。結果、拡散はほぼ完全に抑制されていた——相互作用があり有限温度でも、質量とエネルギーは弾道的に伝わり、無数の衝突にもかかわらず気体は完全導体のように振る舞った。チームはこれを、運動量が鎖をそのまま通り抜けるニュートンのゆりここにたとえる。この振る舞いは可積分性（integrability）に由来し、系は長寿命の準粒子励起を持つ。測定は一般化流体力学の予言と一致し、手法自体も理論が未完成な強相関物質の輸送を見通しよく調べる手段を与える。

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Supermassive black holes are not permanently switched on. They cycle through active and quiescent phases, and how long each phase lasts is a key unknown in models of galaxy evolution — jets from an active phase can heat gas and throttle star formation across an entire galaxy.

An international team led by Shobha Kumari (Midnapore City College, India), using the Low Frequency Array (LOFAR) in the Netherlands and India's upgraded Giant Metrewave Radio Telescope (uGMRT), reported in Monthly Notices of the Royal Astronomical Society that the supermassive black hole in the galaxy J1007+3540 has restarted after nearly 100 million years of dormancy, driving an eruption stretching about one million light-years. The radio images resolve a bright inner jet nested inside a fainter outer "cocoon" of cooler, faded plasma — the fossil remains of earlier outbursts. That layered structure is direct evidence of repeated on–off cycles, and it lets astronomers read the duty cycle of jet activity and the interplay between the jet and the surrounding cluster environment.

超大質量ブラックホールは常時「オン」ではない。活動期と静穏期を周期的に行き来しており、それぞれの期間の長さは銀河進化モデルにおける重要な未知数である。活動期のジェットはガスを加熱し、銀河全体の星形成を抑え込みうるからだ。

Shobha Kumari（インド・ミドナポール・シティ・カレッジ）率いる国際チームは、オランダのLOFAR（低周波電波干渉計）とインドのアップグレード版巨大メートル波電波望遠鏡（uGMRT）を用いた観測から、銀河J1007+3540の超大質量ブラックホールが約1億年の休眠を経て再始動し、約100万光年に及ぶ噴出を引き起こしていることをMonthly Notices of the Royal Astronomical Society誌に報告した。電波画像には、明るい内側のジェットが、より低温で色あせた薄いプラズマの「繭（cocoon）」に包まれている様子が分解されている。この繭は過去の噴出の化石的残骸である。この層状構造は活動のオン・オフが繰り返されてきた直接的証拠であり、ジェット活動のデューティサイクルと、ジェットと周囲の銀河団環境との相互作用を読み解くことを可能にする。

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Water is anomalous in dozens of ways, and many of the anomalies sharpen on cooling below the freezing point. One long-standing proposal is that supercooled water undergoes a "fragile-to-strong" dynamic crossover: the way its viscosity and molecular relaxation time grow with cooling changes character at a particular temperature — often linked theoretically to a hypothesized liquid–liquid transition between two forms of water. Testing this has been notoriously hard because bulk supercooled water crystallizes rapidly in the so-called no-man's land below about 235 K.

In the January 2026 issue of Nature Physics, a team reported experimental evidence for such a dynamic transition in bulk supercooled water at around 233 K. Working with bulk samples rather than water confined in nanopores or emulsions — geometries whose results are always open to the objection that confinement changes the physics — the measurements support the picture that liquid water's dynamics fundamentally change character in this deeply supercooled regime, sharpening the debate over water's two-liquid scenario.

水は数十もの点で異常な液体であり、その異常の多くは氷点以下に冷やすほど際立つ。長く議論されてきた提案の一つが、過冷却水における「フラジャイル–ストロング」動的クロスオーバーである。冷却に伴う粘性や分子緩和時間の増え方が、ある温度を境に性質を変えるというもので、理論的には二種類の水の間の液体–液体転移という仮説としばしば結びつけられてきた。ところが約235 K以下の「無人地帯（no-man's land）」でバルクの過冷却水は急速に結晶化するため、検証は極めて困難だった。

Nature Physics誌2026年1月号で、研究チームは、バルク過冷却水において約233 Kでこの動的転移が起きる実験的証拠を報告した。ナノ細孔中やエマルション中に閉じ込めた水——閉じ込め自体が物理を変えているのでは、という反論が常につきまとう系——ではなくバルク試料を用いた点が重要である。測定結果は、深過冷却領域で液体の水のダイナミクスが本質的に性格を変えるという描像を支持し、水の二液体シナリオをめぐる論争を一段と鋭くする。

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A superconducting diode passes a dissipationless supercurrent in one direction while blocking it in the other — the superconducting analogue of the semiconductor rectifier, and a basic building block for dissipationless electronics and for control circuitry in cryogenic quantum hardware. Most demonstrations, however, require milli-kelvin temperatures, an applied magnetic field, and deliver efficiencies well below the ideal.

In the January 2026 issue of Nature Physics, researchers reported a magnetic-field-free superconducting diode built from high-temperature cuprate Josephson junctions that operates at 77 K — the temperature of liquid nitrogen — with 100% rectification efficiency. An electrical method reliably introduces the required nonreciprocity, and under microwave irradiation the device forms a "quantum superconducting diode" whose output voltage is quantized by Shapiro steps, which makes it robust against noise. Operating with liquid-nitrogen rather than liquid-helium cooling would greatly simplify any practical superconducting electronics.

超伝導ダイオードは、一方向には無散逸の超伝導電流を流し、逆方向には流さない——半導体整流素子の超伝導版であり、無散逸エレクトロニクスや極低温量子ハードウェアの制御回路の基本部品となる。ただし多くの実証はミリケルビン温度と外部磁場を要し、効率も理想には遠かった。

Nature Physics誌2026年1月号で、研究チームは、高温銅酸化物のジョセフソン接合から作られ、磁場不要で77 K——液体窒素温度——において整流効率100%で動作する超伝導ダイオードを報告した。必要な非相反性は電気的手法で確実に導入され、マイクロ波照射下では出力電圧がシャピロステップによって量子化される「量子超伝導ダイオード」となり、雑音に対して頑健になる。液体ヘリウムではなく液体窒素で冷却できることは、実用的な超伝導エレクトロニクスを大幅に簡素化する。

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In many correlated materials the electron fluid spontaneously modulates its density in a periodic pattern — a charge density wave (CDW) — locked to the crystal lattice. Theory has long predicted an intermediate state in which the modulation still exists locally but loses long-range positional order, behaving like a liquid of density waves rather than a crystal of them. Such a "CDW liquid" had never been observed directly.

In the January 2026 issue of Nature Physics, researchers reported that photoexciting a transition-metal dichalcogenide drives it into precisely this liquid-like electronic state; the accompanying Research Briefing describes the observation of a spatially textured electron fluid using ultrafast electron diffraction. Melting the order in a controlled way lets experimentalists watch how the intermediate state emerges and decays, providing a testing ground for theories of how charge order competes with superconductivity in strongly correlated materials.

多くの強相関物質では、電子流体が自発的に周期的な密度変調——電荷密度波（CDW）——を形成し、結晶格子と結びついている。理論は長く、変調は局所的には存在するが長距離の位置秩序を失った中間状態、すなわち密度波の「結晶」ではなく「液体」のように振る舞う状態を予言してきた。この「CDW液体」は直接観測されたことがなかった。

Nature Physics誌2026年1月号で、研究チームは、遷移金属ダイカルコゲナイドを光励起するとまさにこの液体的な電子状態が現れることを報告した。併載のResearch Briefingは、超高速電子回折によって空間的に「テクスチャー化」した電子流体を観測したと説明している。秩序を制御された形で融かすことで、中間状態がどのように現れ減衰するかを追跡でき、強相関物質において電荷秩序が超伝導とどう競合するかを扱う理論の試金石となる。

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Optical computing promises to run the enormous matrix multiplications at the heart of neural networks at the speed of light and with low energy cost. But most photonic processors are built from meshes of discrete components — modulators, splitters, interferometers — and the bulk and wiring complexity of those meshes grows quickly with the size of the computation.

The cover article of the January 2026 issue of Nature Physics takes a different route. Carefully patterned green light is projected onto a lithium niobate photonic chip carrying a photoconductive layer, which allows near-arbitrary control over how light propagates through a two-dimensional slab waveguide. Rather than routing signals through separate elements, the computation is embedded in the multimode wave propagation itself, and the pattern of projected light reprograms it. The team demonstrated neural-network inference on this reprogrammable waveguide, pointing to photonic processors that scale by shaping a continuous medium instead of adding components.

光コンピューティングは、ニューラルネットワークの中核をなす膨大な行列積を光速かつ低消費エネルギーで実行することを約束する。しかし多くのフォトニックプロセッサは変調器・分岐器・干渉計といった離散部品のメッシュから作られており、そのかさばりと配線の複雑さは計算規模とともに急速に増大する。

Nature Physics誌2026年1月号の表紙論文は別の道を採る。光導電層を備えたニオブ酸リチウム・フォトニックチップに、精密にパターン化された緑色光を投影することで、二次元スラブ導波路内の光の伝搬をほぼ任意に制御できる。信号を個別素子へ経路づけるのではなく、多モードの波動伝搬そのものに計算を埋め込み、投影光のパターンでそれを再プログラムするのである。研究チームはこの再プログラム可能な導波路上でニューラルネットワークの推論を実証した。部品を足すのではなく連続媒質を成形することで拡張するフォトニックプロセッサの可能性を示している。

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Magnetic materials have traditionally been sorted into ferromagnets, whose moments align and produce a net magnetization, and antiferromagnets, whose moments cancel. Altermagnets are a recently proposed third class: the moments compensate exactly, so there is no net magnetization, yet the crystal symmetry gives rise to a spin-split electronic band structure of the sort normally associated with ferromagnets. That combination is attractive for spintronics — the fast, stray-field-free dynamics of an antiferromagnet with the readable spin polarization of a ferromagnet.

The editorial opening the January 2026 issue of Nature Physics assesses where the field stands: the scientific appeal of the concept, the ongoing controversies over which materials genuinely qualify and how the classification should be defined, and the practical challenges standing between altermagnets and devices. The discussion was reinforced later in the month by a Nature review setting out the symmetry, microscopy and spectroscopy signatures that distinguish altermagnetism from conventional magnetic orders.

磁性体は伝統的に、モーメントが揃って正味の磁化を生む強磁性体と、モーメントが打ち消し合う反強磁性体に分類されてきた。アルターマグネット（altermagnet）は近年提案された第三のクラスである。モーメントは正確に補償され正味の磁化はゼロだが、結晶対称性によって通常は強磁性体に付随するようなスピン分裂したバンド構造が生じる。この組み合わせはスピントロニクスにとって魅力的だ——反強磁性体の高速かつ漏れ磁場のないダイナミクスと、強磁性体のような読み出し可能なスピン偏極を併せもつからである。

Nature Physics誌2026年1月号の巻頭論説は、この分野の現状を評価している。概念としての科学的魅力、どの物質が真に該当するのか・分類をどう定義すべきかをめぐる継続中の論争、そしてアルターマグネットと実デバイスの間に横たわる実用上の課題である。同月下旬にはNature誌のレビューが、アルターマグネットを従来の磁気秩序から区別する対称性・顕微鏡・分光の指標を整理し、この議論を補強した。

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Quasicrystals have long-range order but no periodic repetition, so the momentum-space description that underpins ordinary band theory does not carry over directly. Stacking two-dimensional semiconductors at a twist angle that produces a dodecagonal (twelve-fold) quasicrystal therefore creates an electronic system whose momentum structure is genuinely different from that of a moiré superlattice.

In the January 2026 issue of Nature Physics, researchers showed that in such a two-layer dodecagonal semiconductor quasicrystal, the quasiperiodic order links different momenta drawn from the individual layers — coupling their valleys — and thereby permits new kinds of interlayer excitons to form. Crucially, the strength of the valley coupling can be tuned with an applied field, making the quasicrystal a controllable platform for exploring how electrons and excitons behave when translational symmetry is absent.

準結晶は長距離秩序をもつが周期的な繰り返しをもたないため、通常のバンド理論を支える運動量空間の記述をそのまま持ち込めない。二次元半導体を12回対称（dodecagonal）の準結晶が生じるねじれ角で積層すると、モアレ超格子とは本質的に異なる運動量構造をもつ電子系が生まれる。

Nature Physics誌2026年1月号で、研究チームは、こうした二層12回対称半導体準結晶において、準周期的秩序が各層に由来する異なる運動量を結びつけ——すなわちバレー同士を結合させ——新しい層間励起子の形成を可能にすることを示した。重要なのは、このバレー結合の強さが外部電場で調節できる点である。並進対称性が失われたときに電子や励起子がどう振る舞うかを探る、制御可能な舞台となる。

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Spin qubits based on holes — the positively charged absences of electrons — in silicon and germanium devices are attractive for scalable quantum processors because their strong spin–orbit coupling permits fast, all-electrical spin control without extra microwave antennas. That same spin–orbit coupling is a liability, though: it makes the qubit frequency sensitive to the ubiquitous electrical fluctuations known as charge noise, which limits coherence.

In the January 2026 issue of Nature Physics, researchers demonstrated that this trade-off can largely be evaded by operating at a sweet spot in the orientation of the applied magnetic field. With the field suitably oriented, the qubit's sensitivity to charge noise is strongly suppressed while fast electrical control is retained, improving qubit performance. Because the recipe requires no change in fabrication — only a choice of operating point — it is directly applicable to existing semiconductor spin-qubit devices.

シリコンやゲルマニウム素子中のホール——電子が欠けた正電荷の担い手——に基づくスピン量子ビットは、強いスピン軌道相互作用のおかげで追加のマイクロ波アンテナなしに高速な全電気的スピン制御ができるため、拡張可能な量子プロセッサの有力候補である。だが同じスピン軌道相互作用は弱点でもある。量子ビットの周波数が、電荷ノイズと呼ばれる遍在する電気的揺らぎに敏感になり、コヒーレンスが制限されるからだ。

Nature Physics誌2026年1月号で、研究チームは、印加磁場の向きに関する「スイートスポット」で動作させれば、このトレードオフを大きく回避できることを実証した。磁場を適切に配向させると、高速な電気的制御を保ったまま電荷ノイズへの感度が強く抑制され、量子ビット性能が向上する。作製プロセスの変更を要さず動作点の選択だけで済むため、既存の半導体スピン量子ビット素子にそのまま適用できる。

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Band structure — the assignment of an energy to each crystal momentum — is the language of solid-state physics, but it rests on translational symmetry. Amorphous materials have none, and yet some of them, notably the amorphous oxide semiconductors used in display and sensor electronics, conduct electricity with the high mobility characteristic of band transport rather than the hopping expected of a disordered insulator. Why has been a long-standing puzzle.

In the January 2026 issue of Nature Physics, researchers presented a first-principles approach that defines effective bands for amorphous solids and captures the possibility of band-like electron transport, illustrated with amorphous indium oxide (In₂O₃). The framework gives a principled way to compute and interpret transport in glassy materials, and offers design guidance for the amorphous semiconductors that already underpin flat-panel displays and thin-film transistors.

バンド構造——結晶運動量ごとにエネルギーを割り当てる記述——は固体物理の言語だが、その基礎には並進対称性がある。アモルファス物質にはそれがない。にもかかわらず一部のアモルファス物質、とりわけディスプレイやセンサー用エレクトロニクスで使われるアモルファス酸化物半導体は、乱れた絶縁体に期待されるホッピングではなく、バンド輸送に特徴的な高移動度で電気を通す。その理由は長年の謎だった。

Nature Physics誌2026年1月号で、研究チームは、アモルファス固体に対して実効的なバンドを定義し、バンド的電子輸送の可能性を捉える第一原理的手法を提示した。実例としてアモルファス酸化インジウム（In₂O₃）が示されている。この枠組みはガラス状物質の輸送を計算・解釈する筋の通った方法を与え、フラットパネルディスプレイや薄膜トランジスタをすでに支えているアモルファス半導体の設計指針にもなる。

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The Hubbard model — electrons hopping on a lattice with an on-site repulsion — is the minimal description of strongly correlated electrons and the standard starting point for Mott insulators and, arguably, high-temperature superconductivity. It is also famously unsolved except in special limits, and numerical approaches struggle with system size and the fermion sign problem. The Hatsugai–Kohmoto model, by contrast, keeps the interaction diagonal in momentum space and is exactly solvable, but for that same reason it lacks the momentum mixing that real interactions produce.

In the January 2026 issue of Nature Physics, Peizhi Mai, Jinchao Zhao and Philip W. Phillips showed how to reintroduce momentum mixing in a controlled, systematic way, connecting the exactly solvable model to the Hubbard model step by step. The scheme converges as the inverse square of the number of steps and each step remains tractable, so meaningful results can be obtained with minimal computational resources — offering a controlled analytical handle on Mott physics rather than a purely numerical one.

ハバード模型——格子上を飛び移る電子にサイト内斥力を課した模型——は強相関電子系の最小記述であり、モット絶縁体、そしておそらくは高温超伝導の標準的な出発点でもある。同時に、特殊な極限を除いて解けていないことでも有名で、数値計算は系のサイズとフェルミオン符号問題に苦しむ。一方、初貝–河本（Hatsugai–Kohmoto）模型は相互作用を運動量空間で対角に保つため厳密に解けるが、まさにそのために現実の相互作用が生む運動量混合を欠いている。

Nature Physics誌2026年1月号で、Peizhi Mai、Jinchao Zhao、Philip W. Phillipsは、この運動量混合を制御された系統的なやり方で再導入し、厳密可解模型とハバード模型を段階的につなぐ方法を示した。手続きはステップ数の逆二乗で収束し、各ステップは扱いやすいままなので、最小限の計算資源で意味のある結果が得られる。モット物理に対して純粋な数値計算ではなく制御された解析的な取っ手を与える成果である。

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Chiral nematic liquid crystals can host knotted vortex lines whose topology protects them, so that they behave like stable, particle-like objects. Such topological solitons are of interest both as tabletop analogues of topological excitations in field theory and as potential information carriers, but controlling their interactions — making them combine or divide on demand — has been difficult.

In the January 2026 issue of Nature Physics, researchers showed that these vortex knots can undergo both fusion and fission, and that electric pulses act as a switch selecting between the two processes. Being able to merge two knots into one, or split one into two, on command turns a topologically protected object into a controllable degree of freedom, which the authors suggest could be exploited in electro-optics and photonics as well as for studying topological transformations in soft matter.

カイラルネマチック液晶は、トポロジーによって守られた結び目状の渦線を保持でき、それらは安定した粒子的な物体として振る舞う。こうしたトポロジカル・ソリトンは、場の理論におけるトポロジカル励起の卓上アナロジーとしても、情報の担い手候補としても興味深いが、その相互作用を制御すること——望んだときに結合させたり分割させたりすること——は困難だった。

Nature Physics誌2026年1月号で、研究チームは、これらの渦結び目が融合（fusion）と分裂（fission）の両方を起こしうること、そして電気パルスが両過程を選択するスイッチとして働くことを示した。二つの結び目を一つに融合させ、あるいは一つを二つに分割することを命令できるということは、トポロジカルに保護された物体を制御可能な自由度に変えることを意味する。著者らは、ソフトマターにおけるトポロジカル変換の研究に加え、電気光学やフォトニクスへの応用可能性を指摘している。

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Trapped-ion quantum computers achieve their high gate fidelities by using shared motional modes of the ion crystal as a bus: a laser pulse couples internal states to collective vibration, entangling the ions. The same shared bus is a liability at scale, since every ion participates in the modes and isolating a subset for a gate becomes progressively harder as the crystal grows.

On 15 January 2026, a team from the Weizmann Institute of Science reported in Physical Review Letters an approach in which tightly focused optical tweezers shift the trapping potential experienced by individual ions, altering their motional frequencies. Because entangling gates depend sensitively on mode frequencies, this gives a knob for selecting which ions are resonantly coupled by a given pulse and which are effectively spectators, without moving ions physically or adding dedicated laser channels for every pair. The technique is attractive precisely because it is control-layer rather than architectural: it can be added to existing chains to relax the crosstalk constraints that limit their size.

イオントラップ型量子計算機は、イオン結晶の共有振動モードをバスとして使うことで高いゲート忠実度を実現する。レーザーパルスが内部状態と集団振動を結合させ、イオン同士をもつれさせるのだ。しかしこの共有バスは大規模化では負債になる。すべてのイオンがモードに参加するため、結晶が大きくなるほど、ゲートのために一部だけを切り分けるのが難しくなる。

2026年1月15日、ワイツマン科学研究所のチームはPhysical Review Letters誌に、強く集光した光ピンセットで個々のイオンが感じる捕捉ポテンシャルをずらし、その振動周波数を変えるという手法を報告した。もつれゲートはモード周波数に敏感に依存するため、これは「あるパルスに対してどのイオンが共鳴的に結合し、どのイオンが実質的に傍観者となるか」を選ぶつまみになる。イオンを物理的に移動させることも、すべてのペアに専用レーザーチャンネルを用意することも要らない。この技術が魅力的なのは、アーキテクチャではなく制御層の工夫である点だ。既存のイオン鎖に追加して、規模を制限しているクロストークの制約を緩められる。

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Excitons — bound pairs of an electron and a positively charged "hole" — normally move through a semiconductor as a single, charge-neutral unit, with the electron and hole staying together "monogamously." On 1 January 2026, a team from the Joint Quantum Institute (University of Maryland) reported in Science that this picture can break down dramatically. Studying interlayer excitons in a WSe₂/WS₂ moiré heterobilayer, immersed in a two-dimensional gas of electrons, they found that the exciton diffusion coefficient is extremely sensitive to how many electrons are present.

Near the electronic Mott-insulator state — where the electron layer forms an ordered lattice with one electron per moiré site — the excitons diffused up to a thousand times faster than at charge neutrality. The authors attribute this giant enhancement to mobile valence holes: because the ordered electron charge suppresses the moiré potential felt by the holes, a hole can hop away and recombine with any nearby conduction electron rather than staying bound to its original partner — a "non-monogamous" motion. The result turns exciton diffusion into a sensitive optical probe of hidden electronic order, and illuminates the rich interplay between bosons (excitons) and fermions (electrons) in engineered quantum materials.

エクシトン（励起子）は、電子と正電荷を帯びた「正孔（ホール）」が束縛したペアで、通常は電荷的に中性なひとつの粒子として半導体中を動き、電子と正孔は「一夫一妻的」に寄り添って移動する。2026年1月1日、ジョイント・クォンタム研究所（メリーランド大学）のチームは、この描像が劇的に破れうることをScience誌に報告した。二次元電子ガスに浸したWSe₂/WS₂モアレ二層構造中の層間エクシトンを調べたところ、エクシトンの拡散係数が電子の数に極めて敏感であることを発見した。

電子層が1モアレサイトあたり1電子の規則格子を組む電子的モット絶縁体状態の近くでは、エクシトンは電荷中性時に比べて最大で約1000倍速く拡散した。著者らはこの巨大な増強を、動きやすくなった価電子帯の正孔によるものと説明する——規則的な電子電荷が正孔の感じるモアレポテンシャルを抑制するため、正孔は元の相手に束縛され続ける代わりに、近くの伝導電子と次々に再結合しながら跳び移れる（「一夫一妻でない」運動）。この結果は、エクシトン拡散を隠れた電子秩序を探る敏感な光学プローブへと変え、設計された量子材料におけるボース粒子（エクシトン）とフェルミ粒子（電子）の豊かな相互作用を照らし出す。

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Since JWST began operations, astronomers have puzzled over "little red dots" (LRDs): compact, very red sources in the early universe with broad hydrogen and helium emission lines. Their nature has been fiercely debated — extreme star formation, or accreting supermassive black holes with strangely weak X-ray and radio emission? In the Nature issue dated 15 January 2026, a University of Copenhagen–led team offered a unifying answer using the highest-quality JWST spectra.

They show that in most LRDs, the broad lines are not primarily broadened by rapid orbital motion (Doppler broadening) but by electron scattering, with a narrow intrinsic core. The data require very high electron column densities and remarkably compact sizes (light-days across), which — combined with the high luminosities — can only be explained by black-hole accretion. Crucially, the narrow line cores imply black-hole masses of only 10⁵–10⁷ solar masses, about a hundred times lower than earlier estimates. In this picture, an LRD is a young, still relatively small supermassive black hole devouring a dense surrounding cocoon of ionized gas; the heat radiated through that cocoon produces the object's characteristic red color, and naturally accounts for the missing X-rays and radio emission.

JWSTの運用開始以来、天文学者は「リトル・レッド・ドット（LRD, 小さな赤い点）」に頭を悩ませてきた。初期宇宙に見られるコンパクトで非常に赤い天体で、水素とヘリウムの幅広い輝線を示す。その正体は激しく論じられてきた——極端な星形成なのか、それともX線・電波が奇妙に弱い降着中の超大質量ブラックホールなのか。2026年1月15日付のNature誌で、コペンハーゲン大学を中心とするチームが、最高品質のJWST分光データを用いて統一的な答えを提示した。

彼らは、多くのLRDにおいて幅広い輝線が主に高速な軌道運動（ドップラー広がり）ではなく電子散乱によって広がっており、その内側に狭い固有のコアが存在することを示した。データは非常に高い電子柱密度と、驚くほどコンパクトなサイズ（光の進む数日分＝light-days程度）を要求し、これは高い光度と合わせるとブラックホール降着でしか説明できない。決定的なのは、狭い輝線コアが示すブラックホール質量がわずか太陽質量の10⁵〜10⁷倍、従来推定より約100分の1という点である。この描像では、LRDは高密度の電離ガスの繭を貪り食う、まだ比較的小さな若い超大質量ブラックホールであり、その繭を透過して放たれる熱がこの天体特有の赤色を生み、弱いX線・電波放射も自然に説明される。

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Many direct dark-matter experiments now hunt for "light" dark matter, with masses from roughly MeV to GeV, whose collisions with nuclei produce recoils too feeble to detect directly. To gain sensitivity, they rely on the Migdal effect — predicted by Arkady Migdal in 1939–1941 — in which an atom's sudden recoil shakes its electron cloud and ejects an electron, producing a detectable signal. But the effect itself had never been directly observed in nuclear scattering, casting doubt on experiments that depend on it. On 14 January 2026, a China-based collaboration reported the first direct observation in Nature.

Using a purpose-built gaseous pixel detector, the team bombarded a gas target with fast (2.5 MeV) neutrons from a compact deuterium–deuterium generator and searched for the effect's distinctive signature: two tracks — one from the recoiling nucleus and one from the ejected (Migdal) electron — emerging from the same point. Out of almost a million recorded events, six clean candidates were identified, reaching a statistical significance of five standard deviations (5σ), the gold standard for discovery in particle physics. The result experimentally confirms the Migdal effect in nuclear collisions and shores up the foundation of light-dark-matter detection strategies that rely on it.

多くの暗黒物質直接検出実験は、いまや質量がおよそMeV〜GeVの「軽い」暗黒物質を探索している。これらが原子核と衝突しても反跳が弱すぎて直接は検出できない。そこで実験は、1939〜1941年にアルカディ・ミグダルが予言した「ミグダル効果」に頼る。これは、原子核が突然反跳すると電子雲が揺さぶられて電子が放出され、検出可能な信号が生じる現象である。しかし、この効果自体は原子核散乱で直接観測されたことがなく、それに依存する実験の信頼性に疑問が残っていた。2026年1月14日、中国を拠点とする共同研究チームが、その世界初の直接観測をNature誌に報告した。

チームは専用に開発したガスピクセル検出器を用い、小型のD–D（重水素・重水素）発生源からの高速中性子（2.5 MeV）をガス標的に照射して、ミグダル効果の特徴的な痕跡——反跳した原子核からの飛跡と、放出された（ミグダル）電子からの飛跡が同一点から現れる対——を探した。約100万件の記録イベントから6件のクリーンな候補を同定し、素粒子物理学で発見の基準とされる5標準偏差（5σ）の統計的有意性に到達した。この成果は原子核衝突におけるミグダル効果を実験的に確認し、それに依拠する軽い暗黒物質検出戦略の基盤を固めるものである。

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Topological phases of matter — recognised with the 2016 Nobel Prize — are usually understood in terms of electrons pictured as well-defined particles moving through a material’s band structure. On 14 January 2026, researchers at TU Wien, with theory collaborators at Rice University (Qimiao Si’s group), reported in Nature Physics a heavy-fermion compound in which robust topological behaviour appears even though that particle picture breaks down.

Near a quantum phase transition, where strong quantum fluctuations dissolve the usual quasiparticle description, the team detected a clear topological signature at temperatures below one degree above absolute zero: a spontaneous (anomalous) Hall effect, in which charge carriers are deflected without any external magnetic field. Strikingly, the effect was strongest exactly where the quantum fluctuations were most intense; suppressing those fluctuations with pressure or a magnetic field made the topological properties vanish. The Rice theory links this quantum criticality to topology, and the authors describe the phase as an emergent topological semimetal — evidence that topological distinctions can be generalised to an abstract, mathematical form that does not require well-defined particles, and may even arise because particle-like states are absent.

2016年のノーベル物理学賞で評価された「物質のトポロジカル相」は、通常、物質のバンド構造を動く、明確な粒子として描かれる電子によって理解される。2026年1月14日、ウィーン工科大学（TU Wien）とライス大学（Qimiao Siのグループ）の理論共同研究者らは、その粒子描像が破綻してもなお頑健なトポロジカルな振る舞いが現れる重い電子系化合物をNature Physics誌に報告した。

量子相転移の近傍、強い量子揺らぎが通常の準粒子描像を溶かし去る領域で、チームは絶対零度から1度未満の極低温で明確なトポロジカルシグナルを検出した——外部磁場が一切ないのに電荷キャリアが偏向する、自発（異常）ホール効果である。注目すべきは、この効果が量子揺らぎの最も激しい場所で最大になった点である。圧力や磁場で揺らぎを抑えると、トポロジカルな性質は消失した。ライス大の理論はこの量子臨界とトポロジーを結びつけ、著者らはこの相を「創発的トポロジカル半金属」と位置づけた——トポロジカルな区別は、明確な粒子を必要としない抽象的・数学的な形へと一般化でき、むしろ粒子的状態が「ない」からこそ生じうる可能性を示す証拠である。

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Optical atomic clocks based on a single trapped ion are exquisitely accurate, but their precision is ultimately limited by quantum projection noise, which improves only as more ions (and more time) are added — yet scaling to many ions reintroduces systematic shifts. On 14 January 2026, a team from Germany’s PTB, Leibniz University Hannover and Thailand’s NIMT reported in Physical Review Letters the coherent excitation of the highly forbidden electric-octupole (E3) ²S₁/₂ → ²F₇/₂ clock transition in the odd isotope ¹⁷³Yb⁺ (nuclear spin I = 5/2), revealing a hyperfine-state-dependent, nuclear-spin-induced quenching of that transition.

Because this quenching shortens the excited-state lifetime by about an order of magnitude relative to the unperturbed clock state of ¹⁷¹Yb⁺, far less laser power is needed to drive the transition — which in turn sharply reduces the ac-Stark (light) shift imposed by the clock laser. Using a three-ion Coulomb crystal, the team demonstrated an approximately twentyfold suppression of this light shift, removing a key obstacle on the path to scalable multi-ion Yb⁺ optical clocks. They also reported the unquenched reference transition frequency to 14 significant figures, 642.11917656354(43) THz. Such clocks underpin efforts to redefine the SI second and to test for new physics, such as a possible drift of the fine-structure constant.

単一トラップイオンに基づく光原子時計は極めて高精度だが、その精度は最終的に「量子射影雑音」に制限され、イオン数（と測定時間）を増やすことでしか改善できない——ところが多イオン化すると系統的なシフトが再び問題になる。2026年1月14日、ドイツのPTB・ライプニッツ大学ハノーファー・タイのNIMTの研究チームは、奇数同位体 ¹⁷³Yb⁺（核スピン I = 5/2）における極めて禁制な電気八重極（E3）²S₁/₂ → ²F₇/₂ 時計遷移のコヒーレント励起に成功し、超微細状態に依存した核スピン誘起のクエンチング（消光）を明らかにしたとPhysical Review Letters誌に発表した。

このクエンチングにより、励起状態の寿命が ¹⁷¹Yb⁺ の非摂動時計状態に比べて約1桁短くなるため、遷移を駆動するのに必要なレーザー出力が大幅に減り、その結果、時計レーザーが課す交流シュタルク（光）シフトを大きく抑えられる。チームは3イオンのクーロン結晶を用いて、この光シフトを約20分の1に抑制することを実証した——スケーラブルな多イオン Yb⁺ 光時計への道にあった大きな障害を一つ取り除いたことになる。さらに、非クエンチングの基準遷移周波数を14桁の精度（642.11917656354(43) THz）で報告した。こうした時計は、SI秒の再定義や、微細構造定数のドリフトといった新物理の探索を支える。

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Nonlinear optics — where several photons act together on a material — transformed visible-light spectroscopy, but extending it to X-rays has been hard: the interaction cross-sections are tiny, and one needs both extreme intensity and coherence. X-ray free-electron lasers (XFELs) now supply both, raising the prospect of nonlinear spectroscopies that address the tightly bound core-shell electrons which give X-rays their element specificity.

In Nature on 14 January 2026, a team reported a coherent, nonlinear four-photon interaction with core-shell electrons, using single broadband X-ray pulses from a free-electron laser on a gaseous neon target. Because the process is coherent and involves four photons from one pulse, it provides a route to multidimensional correlation spectroscopy at the atomic scale — the X-ray analogue of the two-dimensional techniques that have proved so powerful in the optical and infrared regimes for tracking couplings and ultrafast energy flow.

複数の光子が協同して物質に作用する非線形光学は、可視光分光を一変させた。しかしX線への拡張は難しかった——相互作用断面積が極めて小さく、桁外れの強度とコヒーレンスの両方が必要だからである。X線自由電子レーザー（XFEL）はいまやその両方を供給でき、X線に元素選択性を与える強く束縛された内殻電子を対象とする非線形分光の可能性が開けてきた。

2026年1月14日、研究チームはNature誌に、自由電子レーザーからの単一の広帯域X線パルスをネオンガス標的に照射し、内殻電子とのコヒーレントな非線形4光子相互作用を実現したと報告した。1つのパルス中の4光子が関与するコヒーレント過程であるため、原子スケールでの多次元相関分光——結合や超高速のエネルギー移動を追跡するうえで可視・赤外領域で威力を発揮してきた二次元分光のX線版——への道が開かれる。

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A phonon laser is the acoustic counterpart of an optical laser: instead of amplifying light, it generates a coherent beam of lattice vibrations. Previous demonstrations have generally relied on optical pumping or on elaborate cavity optomechanics, which limits their use as practical components. Coherent, low-noise phonon sources at microwave frequencies are attractive because acoustic waves are roughly a hundred thousand times shorter in wavelength than electromagnetic waves at the same frequency, allowing very compact signal processing.

Writing in Nature on 14 January 2026, a team from the University of Arizona, Sandia National Laboratories and the University of Colorado Boulder reported a completely solid-state, single-chip surface acoustic wave (SAW) phonon laser driven purely by a direct-current bias. The device pairs a lithium niobate SAW resonator with an internal, electrically injected broadband semiconductor gain medium — acoustoelectric amplification — in a footprint under 0.15 mm². Below the bias threshold it acts as a resonant amplifier for injected phonons; above it, coherent oscillation builds from thermal noise, producing a roughly 1 GHz tone with a linewidth below 100 Hz. Because it needs only an electrical bias — no pump laser, no external cavity — it is a step towards practical acoustic oscillators, filters and amplifiers, and towards chip-scale platforms integrating microwave photons, phonons and qubits.

フォノンレーザーは光レーザーの音響版であり、光ではなく格子振動のコヒーレントなビームを生み出す。従来の実証は光励起や凝った空洞オプトメカニクスに依存することが多く、実用部品としての利用は制限されてきた。マイクロ波帯のコヒーレントで低雑音なフォノン源が魅力的なのは、同じ周波数の電磁波に比べ音響波の波長が約10万分の1と短く、極めて小型の信号処理が可能になるためである。

2026年1月14日のNature誌で、アリゾナ大学・サンディア国立研究所・コロラド大学ボルダー校のチームは、直流バイアスだけで駆動する完全固体・単一チップの表面弾性波（SAW）フォノンレーザーを報告した。ニオブ酸リチウムのSAW共振器に、電気注入型の広帯域半導体利得媒質——音響電気（acoustoelectric）増幅——を内蔵した構成で、専有面積は0.15 mm²未満。バイアスがしきい値未満では注入フォノンに対する共鳴増幅器として働き、しきい値を超えると熱雑音からコヒーレント発振が立ち上がり、約1 GHzで線幅100 Hz未満のトーンを生成する。ポンプレーザーも外部共振器も不要で電気バイアスのみで済むため、実用的な音響発振器・フィルタ・増幅器へ、さらにはマイクロ波光子・フォノン・量子ビットを集積するチップスケール基盤へ向けた一歩となる。

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Neutral-atom quantum computers and optical clocks are built from arrays of single atoms held in optical tweezers. Those tweezers are conventionally produced by bulky assemblies of lenses, acousto-optic deflectors and spatial light modulators, and the optical complexity grows with the number of atoms — a practical ceiling on scaling and a source of instability, since every optical element must stay aligned to sub-micron precision.

In Nature on 14 January 2026, a Columbia University team (the groups of Sebastian Will and Nanfang Yu) reported trapping single strontium atoms in tweezer arrays generated by holographic metasurfaces — nanostructured flat optics, made of silicon-rich silicon nitride and titanium dioxide, that shape the trapping light in a single step. They realized two-dimensional arrays holding more than 100 single atoms in arbitrary geometries, with trap spacings as small as 1.5 μm and high uniformity in trap depth, frequency and position, and — as a demonstration of scaling — generated an optical tweezer array with 360,000 traps. Since conventional deflectors and spatial light modulators have been limited by optical resolution to roughly 10,000 traps, the work removes a critical barrier on the path to neutral-atom processors with far more qubits.

中性原子型の量子コンピュータや光格子時計は、光ピンセットに保持された単一原子のアレイから組み立てられる。その光ピンセットは通常、かさばるレンズ群・音響光学偏向器・空間光変調器の組み合わせで作られ、原子数が増えるほど光学系は複雑になる。すべての光学素子をサブミクロン精度で保持し続ける必要があるため、これは拡張性の実質的な上限であり、不安定性の元凶でもあった。

2026年1月14日、コロンビア大学のチーム（セバスチャン・ウィル研とナンファン・ユー研）はNature誌に、ホログラフィック・メタサーフェス——シリコンリッチ窒化ケイ素と二酸化チタンで作られ、一段階でトラップ光を成形するナノ構造の平面光学素子——が生成する光ピンセットアレイで単一ストロンチウム原子を捕獲したと報告した。トラップ間隔を最小1.5 μmまで詰めた任意形状の二次元アレイに100個超の単一原子を保持し、トラップ深さ・周波数・位置精度の高い一様性を実現した。さらに拡張性の実証として36万個のトラップからなる光ピンセットアレイを生成している。従来の音響光学偏向器や空間光変調器は光学分解能の限界からおよそ1万トラップ程度に制限されてきたため、量子ビット数を桁違いに増やす中性原子プロセッサへの重要な障壁を取り除く成果である。

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Elastocaloric cooling exploits a solid-state trick: shape-memory alloys such as nickel–titanium absorb or release latent heat when a mechanical stress drives them through a phase transformation. Because the working body is a metal rather than a fluorinated gas, such coolers avoid the greenhouse-gas refrigerants used in vapour-compression systems. The obstacle has been reaching genuinely useful low temperatures — most demonstrations struggled to descend far below room temperature.

In Nature on 14 January 2026, a team at the Hong Kong University of Science and Technology reported a compression-based, regenerative elastocaloric device that is the first to reach sub-zero Celsius temperatures. It uses tubular NiTi units with deliberately lowered transformation temperatures in a cascaded configuration; the alloy retains superelasticity and substantial entropy changes down to −20 °C. Two points are worth noting: the device still needs a heat-transfer fluid, but it is a low-freezing-point aqueous calcium chloride solution rather than a high-GWP refrigerant gas, so it keeps flowing below 0 °C. The desktop-scale prototype reached a heat-source temperature of −12 °C from a room-temperature heat sink, a temperature lift of roughly 36 °C — bringing solid-state cooling into the range needed for freezing, not merely air conditioning.

弾性熱量冷却（エラストカロリック冷却）は固体ならではの仕掛けを使う——ニッケル・チタンなどの形状記憶合金は、機械的応力で相変態を起こす際に潜熱を吸収・放出する。作動体がフッ素系ガスではなく金属であるため、蒸気圧縮式で用いられる温室効果冷媒を避けられる。課題は、実用になる低温に到達することだった。多くの実証は室温より大きく下げることに苦戦していた。

2026年1月14日、香港科技大学（HKUST）のチームはNature誌に、氷点下に到達した初の圧縮方式・再生型弾性熱量冷却装置を報告した。変態温度を意図的に下げた管状NiTi素子をカスケード配置したもので、この合金は−20 ℃まで超弾性と大きなエントロピー変化を保つ。注意すべき点が2つある。この装置は熱媒液を依然として必要とするが、それは高GWPの冷媒ガスではなく凝固点の低い塩化カルシウム水溶液であり、0 ℃以下でも流動性を保つ。卓上規模の試作機は室温の放熱側に対して熱源側−12 ℃を達成し、温度リフトは約36 ℃に達した。空調にとどまらず「冷凍」に必要な温度域へ固体冷却を到達させた成果である。

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Lateral heterostructures — two different semiconductors joined edge to edge in the same atomic plane — are the building blocks of in-plane electronics and photonics, but making them in halide perovskites is notoriously difficult because these soft ionic crystals interdiffuse and degrade under the conditions normally used for patterning and epitaxy.

In Nature on 14 January 2026, a Purdue-led group reported that two-dimensional lead halide perovskites can be induced to self-etch into arrays of tiny squares, producing colourful mosaic patterns; those etched edges then act as templates for the epitaxial growth of a second perovskite composition, yielding lateral heterostructures. The self-organized route avoids aggressive lithography and offers a way to build in-plane junctions with the sharp, well-defined interfaces needed for perovskite light-emitting devices, photodetectors and integrated optics.

横方向ヘテロ構造——同一原子面内で2種類の半導体が端どうしで接合したもの——は面内エレクトロニクス・フォトニクスの基本部品だが、ハライドペロブスカイトで作るのは非常に難しい。この柔らかいイオン結晶は、通常の微細加工やエピタキシャル成長の条件下で相互拡散や劣化を起こしてしまうためである。

2026年1月14日のNature誌で、パーデュー大学を中心とする研究グループは、二次元鉛ハライドペロブスカイトを自己エッチングさせて微小な正方形の配列——色鮮やかなモザイク模様——を作り出せることを報告した。さらに、そのエッチングされた端が第二の組成のペロブスカイトをエピタキシャル成長させる鋳型として働き、横方向ヘテロ構造が得られる。強引なリソグラフィを避けるこの自己組織化的手法は、ペロブスカイト発光素子・光検出器・集積光学に必要な、鋭く明確な界面をもつ面内接合を作る道を開く。

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Gravitational lensing of the cosmic microwave background maps all the matter between us and the last-scattering surface, dark matter included, without assuming how galaxies trace mass. That makes it a uniquely clean probe of σ₈, the amplitude of matter clustering — the very parameter at the heart of the "S₈ tension," the persistent hint that some galaxy weak-lensing surveys see less structure than the primary CMB predicts.

On 14 January 2026, the ACT and SPT-3G collaborations reported in Physical Review Letters a unified analysis combining CMB lensing measurements from the Atacama Cosmology Telescope, the South Pole Telescope and Planck, processed through a consistent pipeline rather than simply averaged. The joint result is the tightest CMB-lensing constraint on structure growth to date, and it agrees well with the ΛCDM prediction extrapolated from the primary CMB anisotropies. That sharpens the picture considerably: whatever the origin of the S₈ discrepancies reported by some galaxy surveys, high-redshift lensing of the microwave background does not appear to share it.

宇宙マイクロ波背景放射（CMB）の重力レンズ効果は、最終散乱面と我々の間にあるすべての物質——暗黒物質を含む——を、銀河が質量をどうトレースするかを仮定せずに地図化する。そのため、物質のクラスタリング振幅σ₈——「S₈テンション」、すなわち一部の銀河弱重力レンズサーベイが主CMBの予言より構造が少なく見えるという根強い兆候の中心にあるまさにそのパラメータ——を測る、比類なく清潔なプローブとなる。

2026年1月14日、ACTとSPT-3Gの共同研究はPhysical Review Letters誌に、アタカマ宇宙論望遠鏡・南極点望遠鏡・Planckの3つのCMBレンズ測定を、単に平均するのではなく一貫した解析パイプラインで統合した結果を報告した。得られた合同制限は、CMBレンズによる構造成長の制限としてはこれまでで最も厳しく、主CMB異方性から外挿されるΛCDMの予言とよく一致した。これにより描像はかなり明確になる。一部の銀河サーベイが報告するS₈のずれの起源が何であれ、高赤方偏移のマイクロ波背景レンズはそれを共有していないように見える、ということだ。

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CP violation — the asymmetry between matter and antimatter behaviour — is a required ingredient for the universe's matter excess, and the Standard Model's version, encoded in the CKM matrix, is far too small to explain it. Mapping CP violation channel by channel is therefore a systematic search for where the Standard Model description might fail. Decays of a B meson into two vector mesons are especially informative because the final state carries angular momentum, and the distribution among longitudinal and transverse polarizations has never been fully accounted for — the long-standing "polarization puzzle."

On 14 January 2026, the LHCb collaboration reported in Physical Review Letters the first observation of CP violation in B⁺→ρ(770)⁰K*(892)⁺, together with a measurement of the polarization fractions in that decay. Both quantities are predicted by QCD-based frameworks whose treatment of strong-interaction effects is the weakest link in interpreting such measurements, so a channel that yields the CP asymmetry and the polarization simultaneously constrains theory more tightly than either number alone.

CP対称性の破れ——物質と反物質の振る舞いの非対称性——は宇宙の物質優勢に必要な要素だが、CKM行列に符号化された標準模型版の破れは、それを説明するにはあまりに小さい。したがってチャンネルごとにCPの破れを地図化する作業は、標準模型の記述がどこで綻ぶかを系統的に探す営みでもある。B中間子が2つのベクトル中間子に崩壊する過程はとりわけ情報量が多い。終状態が角運動量を担い、縦偏極と横偏極への配分が完全には説明されてこなかったからだ——長年の「偏極パズル」である。

2026年1月14日、LHCb共同研究はPhysical Review Letters誌に、B⁺→ρ(770)⁰K*(892)⁺ 崩壊におけるCP対称性の破れの初観測と、同崩壊の偏極分率の測定を報告した。両者ともQCDに基づく理論枠組みが予言する量だが、そこでの強い相互作用の扱いこそがこの種の測定を解釈する際の最も弱い環である。CP非対称性と偏極を同時に与えるチャンネルは、どちらか一方の数値だけよりも理論を強く制約する。

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For about four decades, the leading assumption has been that dark matter must be “cold” — moving slowly — when it freezes out in the early universe, since cold dark matter is needed to grow the galaxies and large-scale structure we observe. Researchers at the University of Minnesota Twin Cities and Université Paris-Saclay now report, in Physical Review Letters, that dark matter could instead have been born “red hot,” moving at nearly the speed of light, and still cool down in time.

The team studied dark-matter production during post-inflationary reheating — the brief, poorly understood epoch right after cosmic inflation when the universe was re-filled with particles. They found scenarios in which dark matter is produced ultrarelativistically yet redshifts and cools enough before structure formation begins. The work broadens the allowed range of dark-matter models and, the authors argue, opens an observational window onto an era extremely close to the Big Bang, with implications for both collider searches and astrophysical probes.

約40年にわたり、宇宙初期に暗黒物質が「凍結（フリーズアウト）」する際には、観測される銀河や大規模構造を成長させるために「冷たい（低速の）」状態でなければならない、というのが主流の前提だった。ミネソタ大学ツインシティ校とパリ＝サクレー大学の研究チームは、Physical Review Letters誌で、暗黒物質はむしろ光速近くで運動する「灼熱」状態で誕生し、それでも時間内に冷却しえたと報告した。

チームは、インフレーション直後の短く理解の乏しい時代である「再加熱（リヒーティング）」期における暗黒物質生成を調べた。その結果、暗黒物質が超相対論的に生成されても、構造形成が始まる前に赤方偏移して十分に冷却するシナリオが存在することを見出した。これは許容される暗黒物質モデルの範囲を大きく広げ、著者らによればビッグバン直後の時代への観測的な窓を開く。加速器探索と天体物理学的探索の双方に示唆を与える成果である。

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Ideas from nuclear and high-energy physics describe how, in out-of-equilibrium systems of charged chiral fermions, an electric current flowing parallel to a magnetic field can trigger a dynamic instability that amplifies electromagnetic waves. On 9 January 2026 (reported 13 January), a University of Illinois Urbana-Champaign-led team reported in Nature Physics the first observation of such a "dynamic magneto-chiral instability" in a solid-state material — elemental tellurium, a structurally chiral crystal.

Using time-domain terahertz emission spectroscopy, the team photoexcited tellurium in a moderate magnetic field and saw terahertz radiation whose coherent modes grew in amplitude over time — the signature of amplification rather than ordinary decay. Their model attributes the effect to an instability of electromagnetic waves coupled to the infrared-active oscillators of acceptor states, producing an amplifying "polariton." The result carries a mechanism from high-energy physics into condensed matter and points to a new route for terahertz-wave amplification in chiral materials.

原子核物理学や高エネルギー物理学の知見によれば、非平衡状態にある荷電カイラルフェルミオンの系では、磁場に平行に流れる電流が電磁波を増幅する動的不安定性を引き起こしうる。2026年1月9日（報道は1月13日）、イリノイ大学アーバナ・シャンペーン校を中心とする研究チームは、こうした「動的磁気カイラル不安定性（dynamic magneto-chiral instability）」を固体物質——構造的にカイラルな結晶である元素テルル——で初めて観測したとNature Physics誌に発表した。

チームは時間領域テラヘルツ放射分光法を用い、適度な磁場中でテルルを光励起したところ、時間とともに振幅が増大するコヒーレントなモードを持つテラヘルツ放射を観測した——通常の減衰ではなく「増幅」の兆候である。彼らのモデルは、この効果を、アクセプター準位の赤外活性振動子と結合した電磁波の不安定性が「増幅するポラリトン」を生む現象として説明する。高エネルギー物理学の機構を物性物理学へと持ち込んだ本成果は、カイラル物質におけるテラヘルツ波増幅の新たな道筋を示す。

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Photonic quantum experiments have traditionally been assembled from bulk components — crystals, beam splitters, wave plates — occupying an optical table and requiring careful alignment. Metasurfaces, flat arrays of subwavelength scatterers that shape light by design rather than by propagation distance, promise to compress much of that into a single wafer, but generating and distributing genuine multiphoton entanglement on one has been a challenge.

On 13 January 2026, a team led from Nanjing University reported in Physical Review Letters — a Featured in Physics article — an approach in which the metasurface's own interference structure does the work. Photons passing through the engineered wafer emerge entangled and simultaneously spread across multiple output channels, so state creation and routing happen in the same element rather than in separate stages. Consolidating those functions removes alignment-sensitive interfaces, which are a principal source of loss and phase drift in photonic quantum devices, and points toward compact sources for quantum imaging, metrology and networking.

フォトニック量子実験は伝統的に、結晶・ビームスプリッタ・波長板といったバルク部品を光学定盤上に並べ、慎重に光軸を合わせて組み上げられてきた。メタサーフェス——伝搬距離ではなく設計によって光を成形する、サブ波長散乱体の平面配列——は、その多くを一枚のウェハーに圧縮することを約束するが、その上で真の多光子もつれを生成し分配することは課題だった。

2026年1月13日、南京大学を中心とするチームはPhysical Review Letters誌に——Featured in Physicsの注目記事として——メタサーフェス自身の干渉構造にその役目を担わせる方式を報告した。設計されたウェハーを通過した光子はもつれた状態で出射し、同時に複数の出力チャンネルへ分配される。状態の生成と経路分配が別々の段ではなく同一素子内で起きるのだ。機能の統合は、フォトニック量子デバイスにおける損失と位相ドリフトの主要因である、光軸調整に敏感な界面を取り除く。量子イメージング、計測、ネットワーク向けの小型光源への道を示す成果である。

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Material spiralling toward a black hole does not all fall in. Much of it is expelled from the accretion disk, in two very different forms: narrow relativistic jets fired from the poles at close to light speed, powered by magnetic fields and black-hole spin; and broad, slower X-ray winds blown off the disk surface by radiation and magnetic pressure. Whether these two channels can operate together has been unclear.

A team led by the University of Warwick reported in Nature Astronomy the first clear observational evidence that the two outflow forms are mutually exclusive in a black hole X-ray binary: when the jet is on, the wind is off, and vice versa. The result recasts the black hole not as a passive consumer but as a system that manages its accretion budget, switching between two mutually incompatible ways of returning energy and matter to its surroundings — with direct consequences for how much energy such systems inject into their host environments.

ブラックホールへ渦を巻いて落ちていく物質のすべてが飲み込まれるわけではない。その多くは降着円盤から二つのまったく異なる形で吹き飛ばされる。一つは磁場とブラックホールのスピンに駆動され、極方向へ光速近くで放たれる細い相対論的ジェット。もう一つは、放射圧と磁気圧によって円盤表面から吹き払われる、幅広くゆっくりしたX線の風（ウィンド）である。この二つの経路が同時に働きうるのかは長らく不明だった。

ウォーリック大学が主導するチームは、ブラックホールX線連星において、この二つの流出形態が互いに排他的であることを示す初の明確な観測的証拠をNature Astronomy誌に報告した。ジェットが出ているときは風が止まり、その逆もまた然りである。この結果は、ブラックホールを受動的な「食べる側」ではなく、降着の収支を管理し、周囲へエネルギーと物質を返す二つの相容れない方式を切り替える系として描き直す。系が母環境に注入するエネルギー量の見積もりにも直結する成果である。

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Quantum key distribution is usually framed as a two-party affair, but many real applications — a board meeting, a distributed control system, a consortium ledger — need a single key shared simultaneously among several parties. Building that key by pairwise QKD and then combining keys is possible but wasteful; quantum cryptographic conferencing aims to generate it directly. Practical deployment then runs into a mundane obstacle: real fibre links between cities are not equal in length, and asymmetric channels degrade interference-based protocols.

On 12 January 2026, a team from the University of Science and Technology of China including Teng-Yun Chen and Jian-Wei Pan reported in Physical Review Letters — the work was selected for the issue cover — an experimental demonstration of phase-matching quantum cryptographic conferencing in both symmetric and asymmetric fibre channels. The phase-matching approach inherits the favourable rate–distance scaling of twin-field QKD while extending it to multiple users, and handling unequal channel lengths is what moves the protocol out of the idealized laboratory configuration and toward the topology that metropolitan networks actually have.

量子鍵配送はふつう二者間の話として語られるが、現実の応用——役員会議、分散制御システム、コンソーシアム型台帳——の多くは、複数当事者が同時に共有する単一の鍵を必要とする。二者間QKDを繰り返して鍵を合成することも可能だが無駄が多い。量子会議鍵配送（quantum cryptographic conferencing）はそれを直接生成することを目指す。しかし実配備では平凡な障害にぶつかる。都市間の実際の光ファイバ経路は長さが等しくなく、非対称なチャンネルは干渉に基づくプロトコルの性能を劣化させるのだ。

2026年1月12日、陳騰雲・潘建偉らを含む中国科学技術大学のチームはPhysical Review Letters誌に——同号の表紙にも採用された論文で——対称・非対称の両方のファイバチャンネルにおける位相整合型量子会議鍵配送の実験実証を報告した。位相整合方式はツインフィールドQKDの優れた鍵生成率‐距離スケーリングを受け継ぎつつ、それを多ユーザーへ拡張する。そして経路長の不均等を扱えることこそが、このプロトコルを理想化された実験室配置から、都市圏ネットワークが実際にとるトポロジーへと近づける。

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Charge noise is the dominant obstacle to semiconductor spin qubits. Stray two-level fluctuators — a trapped charge hopping between two configurations somewhere in the oxide, the interface or the gate stack — shift qubit frequencies and destroy coherence. Devices are improved largely by trial and error, because standard noise spectroscopy reports the spectrum of the noise but says nothing about where it originates.

On 12 January 2026, a RIKEN-led collaboration with partners in Japan and Europe — including Jun Yoneda, Seigo Tarucha and Daniel Loss — reported in Physical Review Letters that the spatial correlations of noise between multiple qubits in an array carry that missing information. A fluctuator sitting close to one qubit affects it strongly and its neighbours weakly, and the pattern of correlated frequency fluctuations across the array can therefore be inverted to infer the fluctuator's location. Turning a device's own qubits into a diagnostic imaging array is an appealing shortcut: it points fabrication effort at the specific layers and regions that are actually generating the noise, rather than at the whole stack.

電荷雑音は半導体スピン量子ビットにとって最大の障害である。酸化膜、界面、ゲート積層のどこかで捕獲電荷が二つの配置の間を行き来する「二準位ゆらぎ源（TLF）」が、量子ビットの周波数をずらし、コヒーレンスを壊す。素子の改良は主として試行錯誤に頼ってきた。標準的な雑音分光は雑音のスペクトルを教えてくれるが、それがどこから来ているかは何も語らないからだ。

2026年1月12日、理化学研究所を中心とする日欧の共同研究チーム——米田淳、樽茶清悟、Daniel Lossらを含む——はPhysical Review Letters誌に、アレイ中の複数量子ビット間における雑音の空間相関がその欠けた情報を担っていると報告した。ある量子ビットの近くに位置するゆらぎ源はその量子ビットに強く、隣接ビットには弱く影響する。したがってアレイ全体にわたる周波数ゆらぎの相関パターンを逆問題として解けば、ゆらぎ源の位置を推定できる。素子自身の量子ビットを診断用イメージングアレイに変えるこの発想は魅力的な近道である。積層全体ではなく、実際に雑音を発生させている特定の層や領域へ、作製上の努力を向けられるからだ。

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Solitons — solitary waves that travel like particles without changing shape — are a cornerstone of nonlinear physics, but almost all observed examples live in effectively one-dimensional settings such as narrow water channels or optical fibres. The reason is integrability: exact soliton solutions require nonlinear equations with a large number of conserved quantities, and most multidimensional systems are not integrable. A famous exception is the lump soliton, a two-dimensional rational solution of the Kadomtsev–Petviashvili (KP) equation predicted in the 1970s and able to propagate unperturbed in three-dimensional space. It had never been observed.

A team from Sapienza University of Rome (first author Ludovica Dieli, with Davide Pierangeli) realized the KP dynamics optically instead of hydrodynamically. A spatial light modulator imprinted a soliton-shaped peak on the two-dimensional cross section of a laser beam, which then propagated through a photorefractive crystal under paraxial diffraction and defocusing nonlinearity — a "fluid of light" tuned into the integrable hydrodynamic regime. The lump emerged as a self-localized wave travelling with a transverse velocity and keeping its shape, and two lumps sent along controlled trajectories collided elastically, confirming genuine integrability in two dimensions.

ソリトン——形を変えずに粒子のように進む孤立波——は非線形物理学の礎だが、観測例のほとんどは細い水路や光ファイバーのような実質1次元の系に限られてきた。理由は可積分性にある。厳密なソリトン解には保存量を多数持つ非線形方程式が必要だが、多次元系の大半は可積分ではない。有名な例外が「ランプ・ソリトン（lump soliton）」で、1970年代にカドムツェフ・ペトビアシビリ（KP）方程式の2次元有理解として予言され、3次元空間を乱れずに伝播できるとされた。しかし観測されたことはなかった。

ローマ・サピエンツァ大学のチーム（筆頭著者Ludovica Dieli、Davide Pierangeliら）は、KP動力学を流体ではなく光学系で実現した。空間光変調器でレーザービームの2次元断面にソリトン形の山を刻み、それを近軸回折とデフォーカス型非線形性のもとで光屈折結晶中を伝播させる——可積分な流体力学的領域に調整された「光の流体」である。ランプは横方向速度を持ちながら形を保つ自己局在波として現れ、制御された軌道で送り込まれた2つのランプは弾性的に衝突した。2次元における真の可積分性が確認されたことになる。

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Quantum tunneling is one of the fastest physical processes available for switching a device, but making electrons tunnel usually requires very strong electric fields, which costs power and stresses the material. In work covered on 9 January 2026, a Korean team led by UNIST (Ulsan National Institute of Science and Technology), with Ajou University and POSTECH, reported a nanogap device in which terahertz-frequency tunneling occurs at markedly lower fields.

The device sandwiches a titanium-dioxide (TiO₂) layer between two metals with a nanometre-scale gap. By engineering the Schottky barrier at the metal–oxide interfaces, the researchers lowered the onset field of Fowler–Nordheim tunneling to 13 kV/cm — about four times lower than in conventional aluminium-oxide junctions — while keeping the intrinsically femtosecond-scale response of the process, achieving up to 60% modulation of the transmitted terahertz waves. Because the operating frequency sits in the terahertz band — between microwaves and infrared — the work is aimed at ultrafast, energy-efficient optical communication beyond 6G, as well as terahertz sensing. The results were published in ACS Nano (online in December 2025; in the January 2026 issue).

量子トンネルは素子をスイッチする上で最も高速な物理過程のひとつだが、電子をトンネルさせるには通常非常に強い電場が必要で、電力を食い材料にも負担をかける。UNIST（蔚山科学技術院）を中心に亜洲大学校・POSTECHが加わった韓国の研究チームは、大幅に低い電場でテラヘルツ帯のトンネルが起こるナノギャップ素子を報告した（2026年1月9日に報道）。

この素子は、ナノメートルスケールの隙間を持つ二つの金属の間に二酸化チタン（TiO₂）層を挟む。金属–酸化物界面のショットキー障壁を設計し直すことで、ファウラー＝ノルトハイム・トンネルの開始電場を13 kV/cm——従来の酸化アルミニウム接合の約4分の1——まで下げつつ、本来のフェムト秒スケールの応答速度を保ち、テラヘルツ透過率の最大60%変調を実現した。動作周波数がマイクロ波と赤外の間のテラヘルツ帯にあることから、6Gを超える超高速・低消費電力の光通信や、テラヘルツセンシングへの応用が見込まれる。成果はACS Nano誌に発表された（2025年12月オンライン公開、2026年1月号掲載）。

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A Josephson junction — the foundational element of superconducting quantum computers, and the subject of the 2025 Nobel Prize in Physics — is conventionally built from two superconductors separated by a thin barrier, whose paired electrons synchronize across the gap. In a study published in Nature Communications (announced late December 2025 / early January 2026), an international team led by the University at Buffalo and the Autonomous University of Madrid reported the first experimental evidence that such behavior can arise with only one superconductor present.

Their device stacked superconducting vanadium and ferromagnetic iron, separated by a thin magnesium-oxide layer. By measuring shot noise — the tiny fluctuations from the discreteness of electric charge — the team found electrons moving in large, highly coordinated groups inside the iron, a hallmark of Josephson-junction synchronization normally seen only between two superconductors. This was surprising because ferromagnetism (spins aligned) and conventional superconductivity (spins paired antiparallel) usually oppose each other. The interpretation: broken inversion symmetry and interfacial spin–orbit coupling at the V/MgO/Fe interface induce an unconventional, spin-triplet (same-spin) superconducting region within the iron. Because both iron and magnesium oxide are already common in magnetic hard drives and MRAM, the finding hints at simpler routes to Josephson devices and possibly to more robust, topological superconductivity.

ジョセフソン接合は、超伝導量子コンピュータの基本素子であり、2025年のノーベル物理学賞の対象にもなった。従来は薄い障壁で隔てた2つの超伝導体から作られ、その電子対が隙間を越えて同期する。Nature Communications誌に掲載された研究（2025年12月末〜2026年1月に発表）で、バッファロー大学とマドリード自治大学を中心とする国際チームは、超伝導体がひとつしかなくてもこのような振る舞いが生じうるという初の実験的証拠を報告した。

彼らのデバイスは、超伝導体のバナジウムと強磁性体の鉄を、薄い酸化マグネシウム層で隔てて積層したものである。ショットノイズ——電荷が離散的であることに由来する微小な揺らぎ——を測定したところ、鉄の中で電子が大きく高度に協調したグループとなって動いていることが判明した。これは通常2つの超伝導体の間でしか見られないジョセフソン接合的な同期の特徴である。強磁性（スピンが同方向に揃う）と従来型超伝導（スピンが反平行に対を組む）は普通は相反するため、これは驚きだった。解釈はこうだ——V/MgO/Fe界面での空間反転対称性の破れと界面スピン軌道結合が、鉄の内部に非従来型のスピン三重項（同一スピン）超伝導領域を誘起した。鉄も酸化マグネシウムも磁気ハードディスクやMRAMで既にありふれた材料であるため、この発見はより単純なジョセフソン素子への道、そしておそらくはより頑健なトポロジカル超伝導への手がかりを示唆する。

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A team led by Sergey Frolov (University of Pittsburgh), with collaborators in Minnesota and Grenoble, carried out a series of replication studies of topological effects in nanoscale superconducting and semiconducting devices — the kind of measurements that had been celebrated as evidence for Majorana zero modes, a sought-after building block for topological quantum computing. Their careful re-examination found that several signals once interpreted as breakthroughs could be explained in simpler, more mundane ways.

Strikingly, the work itself struggled to get published: the paper underwent a record two years of peer and editorial review after its 2023 submission before finally appearing in Science on 8 January 2026. The episode is a high-profile case study in scientific self-correction and the value (and difficulty) of replication in fast-moving, high-stakes fields. It does not disprove Majorana physics outright, but it raises the bar of evidence required and underscores how easily exotic interpretations can outrun the data.

セルゲイ・フロロフ氏（ピッツバーグ大学）率いるチームが、ミネソタおよびグルノーブルの共同研究者とともに、ナノスケールの超伝導・半導体素子におけるトポロジカル効果の追試を行った。これらは、トポロジカル量子計算の鍵となる構成要素として探索されてきたマヨラナ・ゼロモードの証拠として称賛されてきた種類の測定である。入念な再検証の結果、かつて突破口と解釈された複数の信号が、より単純で平凡な仕組みで説明できることが分かった。

注目すべきは、この研究自身が発表に苦労した点である。2023年の投稿後、記録的な2年間の査読・編集審査を経て、ようやく2026年1月8日にScience誌に掲載された。この一件は、科学の自己修正と、急速に進展し利害の大きい分野における追試（再現研究）の価値——そしてその難しさ——を示す注目度の高い事例である。マヨラナ物理そのものを否定するわけではないが、要求される証拠の水準を引き上げ、エキゾチックな解釈がいかに容易にデータを先走りうるかを浮き彫りにした。

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On 8 January 2026, researchers reported in Nature Physics a general way to predict which target nanostructures can be built by programmable self-assembly — and at what yield — before running any experiment. Modern methods (for example, DNA origami) let scientists precisely design particle shapes, concentrations, and interactions, but the resulting design space is enormous.

The team showed that a class of thermodynamic constraints carves this space into a high-dimensional convex polyhedron: structures lying inside it can in principle be assembled at high equilibrium yield, while the polyhedron's faces reveal hard limits and the unavoidable coexistence of competing structures. They validated the predictions with quantitative assembly experiments on nanoscale particles synthesized using DNA origami — turning self-assembly design from trial-and-error into a problem with a clear geometric map.

2026年1月8日、研究チームはプログラム可能な自己組織化で「どの標的ナノ構造をどの程度の収率で作れるか」を、実験を行う前に予測する一般的な方法をNature Physics誌に報告した。DNAオリガミなどの現代的手法により、粒子の形・濃度・相互作用を精密に設計できるようになったが、その設計空間は膨大である。

チームは、ある種の熱力学的制約がこの空間を高次元の凸多面体に切り分けることを示した。多面体の内部にある構造は原理的に高い平衡収率で組み立て可能であり、多面体の「面」は避けられない限界や、競合する構造どうしの共存を浮かび上がらせる。予測はDNAオリガミで合成したナノ粒子の定量的な組み立て実験で検証され、自己組織化の設計を試行錯誤から明確な幾何学的地図を持つ問題へと変えた。

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Astronomers using the W. M. Keck Observatory on Maunakea, Hawaiʻi, have found the most extended stream of super-heated gas yet seen flowing out of a nearby galaxy, giving some of the clearest evidence to date that a supermassive black hole can reshape its host galaxy far beyond its core. The findings, led by researchers at UC Irvine and Caltech/IPAC, were published in Science on 8 January 2026.

In the disk galaxy VV 340a, the observations revealed vast structures of energized gas stretching up to about 20,000 light-years from the galaxy’s centre — far larger than previously seen — and the Keck Cosmic Web Imager (KCWI) traced cooler, lower-energy gas extending well beyond the disk in a striking, spear-like structure aligned with the galaxy’s centre. The team attributes the outflow to a precessing (“wobbling”) jet launched by the active galactic nucleus: as the jet’s direction slowly changes over time, it sweeps across the galaxy and drives gas outward, leaving a spear-like fossil record of prolonged black-hole activity. It is described as the first galaxy-wide wobbling black-hole jet identified in a disk galaxy.

ハワイ・マウナケア山のW. M. ケック天文台を用いた天文学者らは、近傍の銀河から流れ出る超高温ガスの、これまでで最も広範な流れを発見した。超大質量ブラックホールが、中心部をはるかに超えて母銀河を変容させ得ることを示す、現時点で最も明確な証拠の一つである。UCアーバインとカリフォルニア工科大/IPACの研究者らが主導したこの成果は、2026年1月8日にScience誌に発表された。

円盤銀河VV 340aにおいて、観測は銀河中心から約二万光年にも及ぶエネルギーの高いガスの巨大構造を明らかにした——これまで見られたものをはるかに上回る規模である。さらにケック宇宙ウェブイメージャー（KCWI）は、円盤のはるか外側まで広がる低温・低エネルギーのガスが、銀河中心と整列した槍のような構造をなす様子を捉えた。チームはこの流出を、活動銀河核から放たれた歳差運動する（揺れ動く）ジェットに帰した。ジェットの向きが時間とともにゆっくり変わることで銀河を描くように掃き、ガスを外へ押し出して、長期にわたるブラックホール活動の槍のような化石記録を残した。円盤銀河で同定された、銀河全体規模の揺れ動くブラックホールジェットとしては初とされる。

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Simulating how quantum matter evolves in time is one of the central goals of physics and chemistry, and quantum computers are meant to do it where classical machines fail. For decades entanglement — the strong correlation between quantum particles — has been regarded as an obstacle: in classical simulation, high entanglement makes the problem exponentially harder. In a study published in Nature Physics on 14 July 2025 (Nat. Phys. 21, 1338–1345; August 2025 issue) and highlighted by the University of Hong Kong (HKU) on 8 January 2026, a team led by Qi Zhao (HKU) with You Zhou (Fudan University) and Andrew M. Childs (University of Maryland) showed that, for quantum simulation, entanglement can instead be an asset.

In an article titled “Entanglement accelerates quantum simulation,” the team showed that product-formula (Trotterization) algorithms incur smaller simulation error for entangled states — establishing an error bound in terms of entanglement entropy — so the very feature that bottlenecks classical methods speeds up the quantum algorithm. The result reframes entanglement as a resource rather than a barrier and suggests that the most classically intractable, strongly entangled regimes may be where quantum simulators gain the largest advantage.

量子物質が時間とともにどう発展するかをシミュレートすることは物理学と化学の中心的な目標であり、量子コンピュータは古典計算機が及ばない領域でそれを担うと期待されてきた。何十年もの間、量子粒子間の強い相関であるエンタングルメントは障害と見なされてきた——古典シミュレーションでは、高いエンタングルメントは問題を指数関数的に難しくする。Qi Zhao（香港大学, HKU）率いるチームはYou Zhou（復旦大学）、Andrew M. Childs（メリーランド大学）とともに、量子シミュレーションにおいてはエンタングルメントがむしろ利点になり得ることを2025年7月14日付のNature Physics誌（21巻1338–1345頁、2025年8月号）に発表し、HKUが2026年1月8日に紹介した。

「Entanglement accelerates quantum simulation（エンタングルメントは量子シミュレーションを加速する）」と題された論文で、チームは、積公式（トロッター化）アルゴリズムのシミュレーション誤差がエンタングルした状態ほど小さくなることを、エンタングルメントエントロピーによる誤差上界として示した——古典手法のボトルネックとなるまさにその性質が、量子アルゴリズムを速めるのである。この結果はエンタングルメントを障壁ではなく資源として捉え直し、古典的に最も手に負えない強くエンタングルした領域こそ、量子シミュレータが最大の優位性を得る場所である可能性を示唆する。

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Since the classic work of Berg and Purcell, a cornerstone of the physics of living systems has been the idea that a cell's ability to measure a chemical concentration is fundamentally limited by counting noise — the random arrival of ligand molecules at its receptors. Bacteria such as Escherichia coli have often been described as operating close to this physical limit, an appealing example of biology reaching a bound set by physics.

In Nature Physics on 8 January 2026, researchers reported measurements indicating that the accuracy of E. coli chemosensing is in fact set by noise in the cell's internal signal-processing machinery, not by the stochasticity of molecule arrivals — the cells discard most of the sensory information they collect. An accompanying News & Views summarized the implication bluntly: by this measure, bacteria are far from the physical limits of chemotaxis, and the efficiency of biological information processing needs to be re-examined rather than assumed optimal.

バーグとパーセルの古典的研究以来、生命現象の物理では「細胞が化学物質の濃度を測る精度は、受容体に分子がランダムに到来する数え上げノイズによって根本的に制限される」という考えが基礎をなしてきた。大腸菌（E. coli）はこの物理的限界の近くで動作していると語られることが多く、生物学が物理の課す限界に到達している魅力的な例とされてきた。

2026年1月8日のNature Physics誌で、研究チームは、大腸菌の化学センシング精度を実際に決めているのは分子到来の確率性ではなく、細胞内部の信号処理機構のノイズであるとする測定結果を報告した。細胞は集めた感覚情報の大半を捨てているのだという。併載のNews & Viewsは含意を率直にまとめている——この指標で見る限り細菌は走化性の物理的限界からは程遠く、生物の情報処理効率は「最適である」と前提するのではなく検証し直す必要がある。

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The NSF–DOE Vera C. Rubin Observatory made this discovery in pre-survey commissioning observations, taken before the start of its ten-year Legacy Survey of Space and Time. On 7 January 2026 the observatory announced the discovery that the asteroid 2025 MN45 completes one rotation every 1.88 minutes — the fastest spin known for any asteroid larger than about 0.5 km across.

That number matters because it sits well beyond the classical "spin barrier." A loosely bound rubble pile of that size, held together only by its own gravity, would fly apart at such a rate; to survive, 2025 MN45 must have genuine internal cohesive strength, more like a monolithic body. Fast rotators are also relevant to planetary defence and to understanding how the YORP effect — the torque from anisotropically re-radiated sunlight — spins small bodies up over time. Rubin's wide field and rapid cadence make it unusually well suited to catching objects that rotate faster than most surveys can resolve, and many more such detections are expected as the full survey gets under way.

NSF・DOEのヴェラ・C・ルービン天文台による今回の発見は、10年に及ぶ本格サーベイ（LSST）開始前の試験観測で得られたものだ。2026年1月7日、同天文台は小惑星2025 MN45が1.88分で1回転することを発見したと発表した。直径約0.5 kmを超える小惑星としては既知最速の自転である。

この数値が重要なのは、古典的な「自転障壁（spin barrier）」を大きく越えているからだ。自身の重力だけでまとまっている瘦れた石の集まり（ラブルパイル）なら、この速さでは飛び散ってしまう。形を保っている以上、2025 MN45は単一岩体に近い真の引張強度を持っているはずである。高速自転体はプラネタリーディフェンスの観点からも、またYORP効果（非等方的な太陽光の再放射が生むトルク）が小天体を徐々に加速させる過程を理解する上でも重要だ。ルービンの広視野と高速な撮像間隔は、従来のサーベイでは分解できない高速回転天体をとらえるのに特に適しており、本格サーベイが本格化すれば同様の発見が相次ぐと見られている。

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A persistent puzzle in cosmology is the S8 tension: the early universe (seen in the cosmic microwave background) predicts the present-day cosmos should be slightly “clumpier” — more strongly clustered — than late-universe surveys actually find. A University of Sheffield-led team (Lei Zu, William Giarè, Eleonora Di Valentino and colleagues) proposes a solution: a tiny interaction between dark matter and neutrinos that gently slowed the growth of cosmic structure.

Combining Planck and Atacama Cosmology Telescope CMB data with Dark Energy Survey (DES Y3) cosmic-shear measurements, the team finds a nearly 3σ preference for a non-zero dark matter–neutrino interaction strength (around u ≈ 10⁻⁴), published in Nature Astronomy. The result does not overturn the standard ΛCDM model but suggests it may be incomplete, and gives particle physicists a concrete target — a specific kind of dark-sector coupling — to test with future CMB experiments and weak-lensing surveys.

宇宙論の根強い難問の一つが「S8テンション」である。宇宙マイクロ波背景放射（CMB）に見える初期宇宙からは、現在の宇宙は実際の後期宇宙サーベイが見出すよりもわずかに「クランプ（密集）」しているはずだと予測される。シェフィールド大学を中心とするチーム（Lei Zu、William Giarè、Eleonora Di Valentinoら）は、暗黒物質とニュートリノの微小な相互作用が宇宙構造の成長を緩やかに遅らせた、という解決策を提案した。

Planckおよびアタカマ宇宙論望遠鏡（ACT）のCMBデータと、ダークエネルギー・サーベイ（DES Y3）の弱重力レンズ（コズミックシア）測定を組み合わせると、ゼロでない暗黒物質–ニュートリノ相互作用強度（u ≈ 10⁻⁴程度）に対して約3σの選好が現れた——成果はNature Astronomy誌に掲載。標準ΛCDMモデルを覆すものではないが、それが不完全かもしれないことを示唆し、素粒子物理学者に対し、将来のCMB実験や弱重力レンズサーベイで検証すべき具体的な標的（暗黒セクター結合の特定の形）を与える。

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The U.S. Department of Energy's Princeton Plasma Physics Laboratory (PPPL) highlighted, in early January 2026, how partnerships between public institutions and private fusion companies are accelerating progress toward commercial fusion energy. Among the results: experiments achieving ion temperatures above 100 million °C — hotter than the core of the Sun — in compact “spherical” tokamaks, and confirmation of favorable energy-confinement scaling that bodes well for smaller, cheaper fusion reactors.

Spherical tokamaks squeeze the familiar doughnut-shaped magnetic bottle into a more apple-like shape, which can confine plasma more efficiently per unit magnetic field. The collaborative model — sharing PPPL's experimental facilities, diagnostics and decades of plasma-physics expertise with fast-moving startups — lets both sides run more experiments and stress-test how optimistic the commercial projections really are, a key step on the road to a working fusion power plant.

米エネルギー省のプリンストン・プラズマ物理研究所（PPPL）は、2026年1月初旬、公的機関と民間核融合企業の連携が商用核融合エネルギーへの進展をいかに加速しているかを紹介した。成果の一つとして、コンパクトな「球状（スフェリカル）」トカマクで、太陽中心部より高いイオン温度1億℃超を達成した実験や、より小型・安価な核融合炉に有利なエネルギー閉じ込めスケーリングの確認が挙げられた。

球状トカマクは、おなじみのドーナツ形の磁気容器をリンゴに近い形へと押し縮めたもので、単位磁場あたりでプラズマをより効率的に閉じ込められる。PPPLの実験設備・計測技術・数十年にわたるプラズマ物理の知見を、機動力のあるスタートアップと共有するという連携モデルにより、双方がより多くの実験を行い、商用化の見通しがどれほど楽観的かを実地で検証できる。稼働する核融合発電所への道のりにおける重要な一歩である。

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For over a century, the branching of physical networks — blood vessels, neurons, tree and coral branches — was thought to follow simple "wiring economy": nature minimizing the total length of links. But careful measurements kept disagreeing with that prediction. On 7 January 2026, a team led by Xiangyi Meng (Rensselaer) with senior author Albert-László Barabási (Northeastern) reported in Nature — as that week’s cover article — that the true organizing principle is the minimization of surface area, not length.

Treating links as three-dimensional objects with thickness rather than idealized 1D wires makes the optimization mathematically intractable — until the authors found an exact mapping of surface minimization onto high-dimensional Feynman diagrams from string theory. The mapping predicts that, as links thicken, tree-like networks transition away from length-minimizing layouts, producing characteristic trifurcations, branching angles, and stable "orthogonal sprouts" that match real networks and even improve synapse formation in the brain and nutrient access in plants and fungi. The framework also offers design rules for artificial vasculature and 3D-printable metamaterials.

1世紀以上にわたり、血管・神経・樹木やサンゴの枝といった物理ネットワークの枝分かれは、単純な「配線の経済性」——つまりリンク全長を最小化する自然の節約——に従うと考えられてきた。しかし精密な測定は、この予想と食い違い続けていた。2026年1月7日、シャンイー・メン（レンセラー工科大）を筆頭著者、アルバート＝ラズロ・バラバシ（ノースイースタン大）を責任著者とする研究チームは、真の組織原理は「長さ」ではなく「表面積」の最小化であると、その週のNature誌の表紙論文として報告した。

リンクを理想的な1次元の線ではなく太さを持つ3次元の物体として扱うと、最適化問題は数学的に手に負えなくなる——だが著者らは、表面積最小化を弦理論の高次元ファインマン図へ厳密に対応づける写像を発見した。この対応によれば、リンクが太くなるにつれてツリー状ネットワークは長さ最小化の配置から転移し、特徴的な三叉分岐・枝分かれ角度、そして安定な「直交スプラウト（orthogonal sprout）」が生じる。これらは実在のネットワークとよく一致し、脳のシナプス形成や植物・菌類の養分獲得をも改善する。この枠組みは人工血管や3Dプリント可能なメタマテリアルの設計指針にもなりうる。

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Non-Abelian anyons are exotic quasiparticles whose position exchange (braiding) changes the quantum state of the system in a topologically protected way — a property that makes them leading candidates for building a fault-tolerant quantum computer. They are expected to appear in "even-denominator" fractional quantum Hall (FQH) states, but directly probing their unusual statistics has been extremely hard. In a paper published online in Nature on 7 January 2026, a Weizmann Institute of Science team led by Yuval Ronen (with Ady Stern and David Mross) reported coherent Aharonov–Bohm interference at two even-denominator FQH states in high-mobility bilayer-graphene van der Waals heterostructures, using a Fabry–Pérot interferometer.

By deliberately tuning the filling factor to inject extra fractional quasiparticles into the interference loop, the team found that the additional bulk quasiparticles carry a fundamental electric charge of e* = ¼e — exactly the value expected for the non-Abelian anyons of these states. At a constant filling factor they observed an oscillation period of two flux quanta (ΔΦ = 2Φ₀), and at two hole-conjugate states they saw evidence for e* = ⅔e quasiparticles. The results provide direct interferometric evidence bearing on the statistics of these quasiparticles, an important step toward topologically protected quantum information encoded in anyons — though the authors are careful to note what the interference does and does not yet establish about full non-Abelian braiding.

非可換エニオン（non-Abelian anyon）は、その位置交換（ブレイディング）が系の量子状態をトポロジカルに保護された形で変化させる特異な準粒子であり、この性質から誤り耐性量子コンピュータ構築の有力候補とされる。これらは「偶数分母」の分数量子ホール（FQH）状態に現れると期待されているが、その珍しい統計性を直接調べることは極めて困難だった。2026年1月7日にNature誌でオンライン公開された論文で、ワイツマン科学研究所のユヴァル・ロネンら（エイディ・スターン、ダヴィド・モロスを含む）のチームは、高移動度の二層グラフェン・ファンデルワールスヘテロ構造における2つの偶数分母FQH状態で、ファブリ・ペロー干渉計を用いてコヒーレントなアハロノフ・ボーム干渉を観測したと報告した。

充填率を意図的に調整して余分な分数準粒子を干渉ループ内に注入したところ、追加されたバルク準粒子が基本電荷 e* = ¼e を持つことが判明した——これはまさにこれらの状態の非可換エニオンに期待される値である。一定の充填率では2つの磁束量子に相当する振動周期（ΔΦ = 2Φ₀）を観測し、2つのホール共役状態では e* = ⅔e の準粒子の証拠も見られた。この結果は、これらの準粒子の統計性に関わる直接的な干渉計的証拠を与え、エニオンにエンコードされたトポロジカル保護量子情報への重要な一歩となる——ただし著者らは、完全な非可換ブレイディングについてこの干渉が何を確立し、何をまだ確立していないかを慎重に述べている。

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Sagittarius A*, the four-million-solar-mass black hole at the centre of the Milky Way, is today remarkably quiet in X-rays. But giant molecular clouds near the Galactic centre glow in the iron Kα line, and that glow can be produced two ways: fluorescence after being illuminated by a past X-ray outburst, or ionization by cosmic rays. Distinguishing them decides whether the clouds are echoes of Sgr A*'s history or something else entirely.

Using XRISM's Resolve microcalorimeter — which resolves photon energy to about one part in 1,000, roughly ten to a hundred times better than previous X-ray telescopes — Stephen DiKerby (Michigan State University), Shuo Zhang and collaborators including Kumiko Nobukawa (Kindai University) and Masayoshi Nobukawa (Nara University of Education) resolved the Fe Kα complex of the cloud G0.11−0.11 into its two components for the first time: Kα₁ at 6.4040 keV and Kα₂ at 6.3910 keV, each with a non-instrumental width of about 3 eV, close to the intrinsic quantum-mechanical linewidth. The near-absence of extra broadening, combined with the measured cloud motion, favours X-ray reflection over cosmic-ray ionization — that is, a light echo. Because the reflected light took a longer path than the direct light, the flare it records reached Earth directly a few centuries ago, unnoticed; during it, Sgr A* is estimated to have shone far brighter in X-rays than anything observed today. Mapping several clouds at different distances should let astronomers reconstruct a timeline of the black hole's past outbursts.

天の川銀河の中心にある太陽質量約400万倍のブラックホール、いて座A*（Sagittarius A*）は、現在のX線では驚くほど静かである。しかし銀河中心近くの巨大分子雲は鉄のKα輝線で輝いており、その輝きの起源は二通りありうる。過去のX線バーストに照らされた蛍光か、宇宙線による電離かである。どちらかを見分けることは、これらの雲がいて座A*の履歴の「こだま」なのか、まったく別物なのかを決める。

XRISM搭載のマイクロカロリメータ「Resolve」——光子エネルギーを約1/1000の精度で分解し、従来のX線望遠鏡より10〜100倍優れる——を用い、Stephen DiKerby（ミシガン州立大学）、Shuo Zhang、および信川久実子（近畿大学）・信川正順（奈良教育大学）らを含む共同研究チームは、分子雲G0.11−0.11の鉄Kα複合線を世界で初めて二本に分離した。Kα₁が6.4040 keV、Kα₂が6.3910 keVで、いずれも装置由来を除いた半値幅は約3 eV、量子力学的な固有線幅にほぼ等しい。余分な広がりがほとんどないことと、測定された雲の運動を合わせると、宇宙線電離よりもX線反射——すなわち光のこだま——が支持される。反射光は直接光より長い経路を通るため、この輝線が記録しているフレアの直接光は数百年前に誰にも気づかれずに地球へ到達していたことになる。その際いて座A*は、今日観測されるどの現象よりもはるかに明るくX線で輝いていたと見積もられる。距離の異なる複数の雲を調べれば、ブラックホールの過去の爆発の年表を再構成できると期待される。

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The bacterial flagellar motor switches its direction of rotation in response to tiny changes in the concentration of an intracellular signalling protein, and this ultrasensitive switching underlies chemotaxis — how bacteria swim towards food. The standard explanation has been an equilibrium allosteric model, in which a ring of subunits flips cooperatively. But that picture sits awkwardly with experiments, which show sensitivity and switching statistics the equilibrium model struggles to reproduce.

In Nature Physics (7 January 2026), Henry H. Mattingly and Yuhai Tu proposed instead that the motor's ultrasensitivity has a mechanical, non-equilibrium origin: torque-dependent, energy-consuming interactions within the motor make the switch far sharper than equilibrium thermodynamics allows. The model reproduces how switching depends on the mechanical load (torque) on the motor, and it reframes a classic biophysical system as one that spends free energy to sharpen a decision — a theme that recurs across cellular sensing.

細菌のべん毛モーターは、細胞内シグナルタンパク質の濃度のごくわずかな変化に応じて回転方向を切り替える。この「超高感度（ultrasensitivity）」な切り替えが走化性——細菌が餌へ向かって泳ぐ仕組み——を支えている。標準的な説明は、サブユニットのリングが協同的に反転するという平衡アロステリック模型だったが、実験で見られる感度や切り替え統計を平衡模型ではうまく再現できないという不整合があった。

2026年1月7日、Nature Physics誌でヘンリー・H・マッティングリーとユハイ・トゥは、モーターの超高感度性が力学的かつ非平衡な起源をもつと提案した。トルクに依存しエネルギーを消費するモーター内部の相互作用が、平衡熱力学の許す限界を超えて切り替えを鋭くするという描像である。この模型はモーターにかかる機械的負荷（トルク）に対する切り替えの依存性を再現し、古典的な生物物理系を「自由エネルギーを費やして判断を鋭くする系」として捉え直す。細胞のセンシング全般に通じるテーマでもある。

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Photon loss is the central obstacle in long-distance quantum communication: over long fiber links, only a tiny fraction of photons survive, hampering applications such as loophole-free Bell tests and device-independent quantum key distribution. Quantum teleportation — transferring a quantum state using shared entanglement plus classical communication — could in principle sidestep loss, but in practice it had proven hard to make teleportation transmit a single photon with higher survival probability than simply sending it directly. A study published in Nature Physics (2026) resolves this.

The team demonstrated an all-optical scheme for the remote preparation of entangled photons. Using a lossy channel, they achieved a heralding efficiency of 82% for "event-ready" entangled photons, and after distributing entanglement this way, showed teleportation-based transmission with a nearly threefold improvement in efficiency over direct transmission. Crucially, the advantage is unconditional — it does not rely on post-selecting only the lucky runs. The result is a concrete step toward practical quantum repeaters and large-scale quantum networks that can tolerate realistic channel loss.

光子損失は、長距離量子通信における中心的な障害である。長い光ファイバーではごくわずかな光子しか生き残らず、抜け穴のないベル試験や装置非依存量子鍵配送といった応用を妨げる。量子テレポーテーション——共有したもつれと古典通信を用いて量子状態を転送する手法——は原理的には損失を回避できるが、実際には、単に直接送るよりも高い生存確率で単一光子をテレポートさせることは困難だった。Nature Physics誌（2026年）に掲載された研究がこれを解決した。

チームは、もつれ光子の遠隔生成を行う全光学的な手法を実証した。損失のあるチャネルを用いて、「イベントレディ」なもつれ光子について82%のヘラルド効率を達成し、このようにもつれを分配したうえで、テレポーテーションに基づく伝送が直接伝送に対して効率をほぼ3倍改善することを示した。決定的なのは、この優位性が無条件である点——うまくいった試行だけを事後選択することに依存しない。この結果は、現実的なチャネル損失に耐えうる実用的な量子中継器と大規模量子ネットワークへの具体的な一歩である。

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Ferroelectric materials — whose electric polarization can be switched by a field and retained — are attractive for low-power, non-volatile memory, but graphene, a single sheet of carbon atoms with a highly symmetric lattice, is not intrinsically ferroelectric. On 6 January 2026, a Korean team led by DGIST (with KAIST collaborators) reported in Nature Communications a new memory principle: by sandwiching ultrathin materials such as graphene together with α-RuCl₃, information can be written and erased electrically through the ferroelectric switching of interfacial electric dipoles.

Strikingly, the effect arises from the stacking itself — no artificial structural deformation is needed. The team's device was most stable around −243 °C (about 30 K) and showed strong non-volatility, retaining its state after the field was removed. Because the mechanism relies on interfacial dipoles engineered purely by stacking, it points toward ultralow-power electronic devices and, in particular, memory components for quantum computers that operate at ultralow temperatures. The work was supported by the National Research Foundation of Korea and the Institute for Basic Science (IBS).

強誘電体——電場でスイッチでき、その電気分極を保持できる材料——は、低消費電力の不揮発性メモリに魅力的だが、対称性の高い格子を持つ炭素原子1層のグラフェンは本来、強誘電性を持たない。2026年1月6日、DGISTを中心とする韓国チーム（KAISTの共同研究者とともに）は、新しいメモリ原理をNature Communications誌に報告した。グラフェンのような極薄材料をα-RuCl₃とサンドイッチ状に積層することで、界面の電気双極子の強誘電的スイッチングを通じて、情報を電気的に書き込み・消去できるというものである。

注目すべきことに、この効果は積層そのものから生じ、人工的な構造変形を必要としない。チームのデバイスは約−243℃（およそ30 K）付近で最も安定に動作し、電場を取り除いた後も状態を保持する強い不揮発性を示した。この機構は積層のみで作り出される界面双極子に基づくため、超低消費電力の電子デバイス、とりわけ極低温で動作する量子コンピュータ用のメモリ部品への道を示す。本研究は韓国研究財団と基礎科学研究院（IBS）の支援を受けた。

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“Little red dots” (LRDs) are among the most puzzling objects JWST has found: extremely compact, red sources scattered across the early universe. Using JWST data, astronomers from the Center for Astrophysics | Harvard & Smithsonian (CfA) presented evidence at the 247th meeting of the American Astronomical Society (Phoenix, 6 January 2026) that many LRDs may actually be gigantic, short-lived stars rather than ordinary galaxies.

If correct, these enormous “black-hole stars” would offer a direct glimpse of how the universe's first supermassive black holes formed: such massive stars can collapse to seed black holes that grow rapidly. The interpretation is debated — other groups argue LRDs are young supermassive black holes shrouded in dense ionized gas — but either way, JWST's high-quality spectra are reshaping our picture of the first billion years of cosmic history and the origin of supermassive black holes.

「リトル・レッド・ドット（LRD）」は、JWSTが発見した最も謎めいた天体の一つで、初期宇宙に散在する極めてコンパクトで赤い光源である。ハーバード・スミソニアン天体物理学センター（CfA）の天文学者らは、JWSTのデータを用い、米国天文学会（AAS）第247回総会（フェニックス、2026年1月6日）で、多くのLRDが通常の銀河ではなく巨大で短命な星でありうるという証拠を発表した。

これが正しければ、こうした巨大な「ブラックホール星」は、宇宙最初の超巨大ブラックホールがどう形成されたかを直接垣間見せる——そのような大質量星は崩壊して種ブラックホールとなり、急速に成長しうる。解釈には議論があり（他のグループはLRDを高密度の電離ガスに包まれた若い超巨大ブラックホールだと主張する）、いずれにせよJWSTの高品質スペクトルは、宇宙史最初の10億年と超巨大ブラックホールの起源についての描像を塗り替えつつある。

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Superconducting qubits — the technology behind many leading quantum processors — lose information through decoherence, and chasing down every microscopic source of loss is central to building better machines. Researchers led by Z.-H. Sung (Fermilab) report, in Physical Review Materials, the discovery that niobium hydride precipitates commonly form inside the niobium thin films used to make qubits and resonators.

These hydride inclusions — whose size, location and density can vary with fabrication and processing — represent a previously unaccounted-for channel of energy loss, degrading the coherence of superconducting qubits and other resonators. Identifying the culprit points to concrete materials-engineering fixes (controlling hydrogen uptake and heat treatment) that could improve qubit lifetimes, a quiet but important step toward scalable, fault-tolerant quantum hardware.

超伝導量子ビットは、主要な量子プロセッサの多くを支える技術だが、デコヒーレンスによって情報を失う。より良い装置を作るには、微視的な損失源を一つひとつ突き止めることが鍵となる。Z.-H. Sung氏ら（Fermilab）はPhysical Review Materials誌で、量子ビットや共振器の作製に用いられるニオブ薄膜の内部に、ニオブ水素化物（niobium hydride）が広く析出していることを発見したと報告した。

これらの水素化物の析出物は、作製・加工によってサイズ・位置・密度が変わりうるもので、これまで考慮されていなかったエネルギー損失の経路を成し、超伝導量子ビットや共振器のコヒーレンスを劣化させる。原因を特定したことで、水素の取り込みや熱処理の制御といった具体的な材料工学的対策が見えてくる。これは量子ビットの寿命を延ばし、スケーラブルで誤り耐性のある量子ハードウェアへ進むための、地味だが重要な一歩である。

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In magic-angle twisted bilayer graphene, the flat electronic bands host strong correlations and non-trivial topology, giving rise to an orbital ferromagnetism in which the magnetic moment comes not from electron spin but from the orbital motion of electrons — and to an associated anomalous Hall effect. Until now these states have been manipulated mainly with electrostatic gating and magnetic fields; optical control had not been demonstrated.

In a study published in Nature Physics on 6 January 2026, researchers demonstrated the optical manipulation of orbital magnetism and of the anomalous Hall response in magic-angle twisted bilayer graphene. Because light can be applied locally and on short timescales, the result opens a route to writing and erasing magnetic order — and hence topological transport signatures — in moiré materials without magnetic fields, a capability of interest both for probing the underlying correlated physics and for potential ultrafast, low-power memory concepts.

マジック角ねじれ二層グラフェンでは、平坦な電子バンドが強い電子相関と非自明なトポロジーを担い、電子スピンではなく電子の軌道運動が磁気モーメントを生む「軌道強磁性」と、それに伴う異常ホール効果が現れる。しかしこれまで、こうした状態の操作は主に静電ゲートと磁場によるもので、光による制御は実証されていなかった。

2026年1月6日にNature Physics誌で公表された研究は、マジック角ねじれ二層グラフェンにおける軌道磁性および異常ホール応答の光学的操作を実証した。光は局所的かつ短時間で加えられるため、磁場を使わずにモアレ物質の磁気秩序——ひいてはトポロジカルな輸送特性——を書き込み・消去する道が開ける。背後にある強相関物理を探る手段としても、超高速・低消費電力メモリの概念としても興味深い成果である。

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The Habitable Worlds Observatory (HWO) is the flagship space telescope recommended by the US decadal survey to succeed Hubble and JWST, with a defining goal that is unusually concrete for an observatory: to directly image at least 25 potentially habitable Earth-sized planets around Sun-like stars and search their atmospheres for biosignatures.

Meeting that goal is a physics problem before it is an engineering one. Imaging an Earth analogue means suppressing the light of its star by a factor of about 10¹⁰ at very small angular separations, which requires coronagraphs, ultra-stable optics and wavefront control far beyond anything currently flown. On 5 January 2026 NASA announced it had awarded study contracts to seven companies to mature the technologies needed — an early step aimed at reducing risk for a mission that could launch in the 2040s. Reporting at the time noted that the agency is seeking to accelerate HWO's development relative to earlier expectations.

ハビタブル・ワールズ天文台（HWO）は、ハッブルやJWSTの後継として米国の十年計画（decadal survey）が推奨した旗艦宇宙望遠鏡である。その目標は天文台としては異例なほど具体的だ——太陽型恒星のまわりで生命居住可能な地球サイズ惑星を少なくとも25個直接撮像し、その大気にバイオシグネチャを探すことである。

これは工学の前にまず物理の問題だ。地球類似惑星を撮るには、ごく小さな角度隔で主星の光を約10¹⁰分の1にまで抑えねばならず、現行の飛行実績をはるかに超えるコロナグラフ、超安定光学系、波面制御が必要になる。2026年1月5日、NASAはこれらの技術を成熟させるための検討契約を7社に付与したと発表した。2040年代の打ち上げもあり得るミッションのリスクを早期に下げるための一歩であり、当時の報道は、NASAが当初の見込みよりHWOの開発を加速させようとしている点を伝えている。

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If dark matter is made of very light particles (well below 1 eV), it behaves more like a wave than a particle, and the standard strategy of waiting for it to bump into a nucleus no longer works well. Hajime Fukuda and colleagues at the University of Tokyo and Chuo University propose, in Physical Review Letters, using spatially extended arrays of quantum sensors to detect such light dark matter — and crucially to measure not just its speed but also its direction.

Distributed quantum sensing has become a hot topic across quantum technology; the team imported those techniques into high-energy physics. Because the sensors are spread across space, comparing their signals reveals the velocity vector of an incoming dark-matter wave, offering a more general and directional approach than methods tied to a specific interaction. Directional information is powerful: it could help distinguish a genuine dark-matter signal from terrestrial noise and, eventually, map the dark-matter “wind” as Earth moves through the galactic halo.

暗黒物質が非常に軽い粒子（1 eVを十分に下回る質量）でできている場合、それは粒子というより波のように振る舞い、原子核との衝突を待つ従来の戦略はうまく機能しない。東京大学と中央大学の福田一氏（Hajime Fukuda）らは、Physical Review Letters誌で、空間的に広がった量子センサーのアレイを用いてこうした軽い暗黒物質を検出し、しかもその速度だけでなく到来方向まで測定する手法を提案した。

分散型量子センシングは量子技術全般で注目を集めるテーマであり、チームはその技術を高エネルギー物理学に持ち込んだ。センサーが空間的に分散しているため、それらの信号を比較することで入射する暗黒物質波の速度ベクトルが分かり、特定の相互作用に依存する手法よりも一般的で方向性のあるアプローチとなる。方向情報は強力だ——本物の暗黒物質信号を地上のノイズから区別し、ゆくゆくは地球が銀河ハローを進む際の暗黒物質の「風」を地図化することにもつながりうる。

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Fault-tolerant quantum computing corrects the errors that inevitably arise as quantum computers process information, but doing so imposes overhead: extra physical qubits per logical qubit (space overhead) and extra physical operations per logical operation (time overhead). Existing schemes typically reduce one or the other; tackling both together has been hard. In a paper published online on 26 November 2025 and appearing in the January 2026 issue of Nature Physics (Vol. 22, pp. 27–32), researchers at the University of Tokyo and Nanofiber Quantum Technologies presented a protocol — with mathematical proof — that addresses space and time overhead simultaneously.

The method combines two complementary families of quantum error-correcting codes — quantum low-density parity-check (QLDPC) codes, which are efficient in qubit count, with concatenated Steane codes, which support fast logical operations. They prove the protocol achieves fault-tolerant computation with polylogarithmic time overhead and constant space overhead — even accounting for the required classical processing — pointing toward architectures that are both more scalable and faster than earlier designs, and helping close the resource gap between today’s noisy machines and practical fault-tolerant systems.

誤り耐性量子計算は、量子コンピュータが情報を処理する際に不可避的に生じる誤りを訂正するが、そのためにはオーバーヘッドが伴う——論理量子ビットあたりの余分な物理量子ビット（空間オーバーヘッド）と、論理操作あたりの余分な物理操作（時間オーバーヘッド）である。既存の手法は通常どちらか一方を削減するにとどまり、両方を同時に扱うことは難しかった。東京大学とNanofiber Quantum Technologiesの研究者らは、空間と時間のオーバーヘッドを同時に扱うプロトコルを数学的証明とともに提示し、2025年11月26日にNature Physics誌でオンライン公開、2026年1月号（22巻27–32頁）に掲載された。

この手法は、相補的な二つの量子誤り訂正符号——ビット数の面で効率的な量子低密度パリティ検査（QLDPC）符号と、高速な論理操作を支える連結Steane符号——を組み合わせる。必要な古典処理まで含めても、多項対数的な時間オーバーヘッドと定数の空間オーバーヘッドで誤り耐性計算が達成できることが証明され、従来の設計よりもスケーラブルで高速なアーキテクチャへの道を示し、現在のノイズなマシンと実用的な誤り耐性システムとの間の資源ギャップを埋めることに寄与する。

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Most of the ordinary matter in a present-day galaxy cluster is not in its galaxies but in a diffuse plasma hotter than 10⁷ K — the intracluster medium (ICM). Its hot electrons scatter cosmic microwave background photons and imprint the Sunyaev–Zeldovich (SZ) effect, a spectral distortion that, unlike surface brightness, does not dim with distance. Even so, hot ICM had been securely detected only in a handful of systems at or above z ≈ 2, leaving the timing and mechanism of ICM assembly open.

On 5 January 2026, a team led by Dazhi Zhou and Scott C. Chapman reported in Nature the direct detection of hot intracluster gas via its thermal SZ signature in the protocluster SPT2349−56, at z = 4.3 — about 1.4 billion years after the Big Bang. Using the Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), they measured a thermal energy of roughly 10⁶¹ erg in the core — about ten times more than gravitational collapse alone should produce, and contrary to current theoretical expectations. SPT2349−56 holds a large molecular gas reservoir and three radio-loud active galactic nuclei within a region only about 100 kpc across, pointing to AGN "preheating" of the intracluster medium as the likely source of the excess energy. The cluster atmosphere, in other words, is not merely present much earlier than expected but is already far hotter than gravity can account for.

現在の銀河団では、通常物質の大半は銀河ではなく10⁷ Kを超える希薄プラズマ——銀河団ガス（ICM）——として存在する。その高温電子は宇宙マイクロ波背景放射の光子を散乱し、スニヤエフ・ゼルドビッチ（SZ）効果というスペクトル歪みを刻む。SZ信号は表面輝度と違って距離とともに暗くならない。それでも高温ICMが確実に検出されていたのは赤方偏移z≈2以上ではごく少数の系にとどまり、ICMがいつ・どのように組み上がるのかは未解明のままだった。

2026年1月5日、Dazhi ZhouとScott C. Chapmanらのチームは、原始銀河団SPT2349−56において、赤方偏移z = 4.3——ビッグバンからおよそ14億年後——の高温銀河団ガスを熱的SZ信号として直接検出したとNature誌に報告した。アタカマ大型ミリ波サブミリ波干渉計（ALMA）による測定から、コアの熱エネルギーはおよそ10⁶¹ ergと見積もられた。これは重力崩壊だけで生じるはずの量の約10倍にあたり、現行の理論的予想に反する。SPT2349−56は差し渡し約100 kpcの領域内に大量の分子ガスと3個の電波で明るい活動銀河核（AGN）を擁しており、超過エネルギーの供給源としてAGNによる銀河団ガスの「予熱（preheating）」が有力視される。つまりこの銀河団の「大気」は、予想よりはるかに早く存在していただけでなく、重力では説明できないほど熱かったのである。

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Gravitational waves are routinely detected today, but whether gravity is fundamentally quantum — carried by particles called gravitons — remains untested. Ralf Schützhold of the Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR) proposes, in Physical Review Letters, an experiment that would go beyond detecting gravitational waves to actively manipulating them, by transferring tiny amounts of energy between a beam of light and a passing gravitational wave.

In the scheme, light loses a small amount of energy while the gravitational wave gains exactly the same amount — energy corresponding to one or more gravitons — through stimulated emission and absorption, much as in a laser but for gravity. Using entangled photon pulses could sharpen the instrument's sensitivity enough to probe the quantum state of the gravitational field itself. Success would not directly prove gravitons exist, but it would provide strong supporting evidence; failure of the predicted interference effects would challenge graviton-based theories. The proposal ties directly into the long quest for the graviton that this site has tracked.

重力波は今日では日常的に検出されているが、重力が根本的に量子的であるか——グラビトンと呼ばれる粒子によって媒介されるか——は未検証のままだ。ヘルムホルツ・ツェントルム・ドレスデン・ロッセンドルフ（HZDR）のラルフ・シュッツホルト氏は、Physical Review Letters誌で、重力波を検出するにとどまらず、光線と通過する重力波の間でわずかなエネルギーをやり取りして重力波を能動的に操作する実験を提案した。

この方式では、レーザーに似た仕組みで、誘導放出と吸収を通じて、光がわずかなエネルギーを失う一方、重力波がまったく同じ量——1個または複数のグラビトンに対応するエネルギー——を得る。もつれた光子パルスを用いれば、装置の感度を高め、重力場そのものの量子状態に迫れる可能性がある。成功してもグラビトンの存在を直接証明するわけではないが、強力な傍証となる。予測された干渉効果が現れなければ、グラビトンに基づく理論に疑問が投げかけられる。本サイトが追ってきたグラビトン探索に直結する提案である。

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On 2 January 2026, researchers from TU Wien and the Okinawa Institute of Science and Technology (OIST) reported in Nature Physics the first demonstration of self-induced superradiant masing — spontaneous, long-lived bursts of microwave emission produced with no external driving. Superradiance, in which many emitters radiate cooperatively, had usually been seen as a fast energy-loss mechanism that hampers quantum technologies.

The team coupled a dense ensemble of nitrogen-vacancy (NV) centres in diamond — atomic defects whose electron spins act as tiny magnets — to a microwave cavity. After the expected initial superradiant burst, a surprising train of narrow, long-lived microwave pulses appeared. Large-scale simulations traced this to self-induced dipole–dipole interactions among the spins that dynamically repopulate energy levels, sustaining coherent emission. The very disorder that normally destroys quantum coherence here organizes the system into an extremely stable microwave source — a potential new building block for precision clocks, sensing, and communication.

2026年1月2日、ウィーン工科大学（TU Wien）と沖縄科学技術大学院大学（OIST）の研究者らは、外部からの駆動なしに生じる自発的で長寿命なマイクロ波放射のバースト——「自己誘起超放射メーザー（self-induced superradiant masing）」——の世界初の実証をNature Physics誌に報告した。多数の放射体が協同して放射する超放射は、これまで量子技術を妨げる急速なエネルギー損失の機構と見なされがちだった。

チームは、ダイヤモンド中の窒素空孔（NV）中心——電子スピンが微小な磁石として働く原子欠陥——の高密度集団をマイクロ波共振器に結合させた。予想された初期の超放射バーストのあと、想定外の細く長寿命なマイクロ波パルス列が現れた。大規模シミュレーションにより、その起源はスピン間の自己誘起的な双極子・双極子相互作用がエネルギー準位を動的に再分布させ、コヒーレントな放射を維持することにあると突き止められた。通常は量子コヒーレンスを壊す無秩序が、ここでは系を極めて安定なマイクロ波源へと自己組織化させており、精密時計・センシング・通信の新たな基本素子となりうる。

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On 2 January 2026, Hendrik Hegels, Thomas Stolz, Gerhard Rempe and Stephan Dürr (Max Planck Institute of Quantum Optics, Garching) proposed in Physical Review A a scheme to generate optical Schrödinger-cat states — superpositions of two "classical" coherent light fields — using cavity Rydberg electromagnetically induced transparency (EIT).

The main obstacle to large optical cats is photon loss, which usually destroys the superposition. The authors show that by tuning the losses of the two components to have identical amplitude, decoherence can be strongly suppressed despite significant photon loss during generation — so that cat states with mean photon numbers around 30 appear feasible with existing technology. Such states are a testbed for quantum physics on mesoscopic scales and a resource for quantum information.

2026年1月2日、マックス・プランク量子光学研究所（ガルヒング）のHendrik Hegels、Thomas Stolz、Gerhard Rempe、Stephan Dürrは、空洞リュードベリ電磁誘起透明化（EIT）を用いて、2つの「古典的」なコヒーレント光場の重ね合わせである光シュレーディンガー猫状態を生成する方式をPhysical Review A誌に提案した。

大きな光の猫状態を作る最大の障害は光子損失であり、通常は重ね合わせを壊してしまう。著者らは、2つの成分の損失強度を同一振幅になるよう調整することで、生成時に無視できない光子損失があってもデコヒーレンスを強く抑えられることを示し、既存技術で平均光子数30程度の猫状態が実現可能だとした。こうした状態はメゾスコピックな量子物理の検証台であり、量子情報の資源にもなる。

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On 2 January 2026, Luísa Toledo Tude, Emily Haughton and Paul R. Eastham (Trinity College Dublin) published in Physical Review A a theoretical study showing that Bose–Einstein condensates (BECs) of photons can form in dye-filled optical microcavities not only under laser/dye pumping, but also by coupling the cavity modes to an incoherent thermal reservoir such as sunlight.

They find that the threshold "pump temperature" above which condensation appears is set by the second law of thermodynamics, with the minimum threshold corresponding to a reversible three-level heat engine. The result ties photon condensation to the thermodynamics of heat engines and points toward coherent light generation, energy harvesting and quantum-heat-engine experiments driven by ordinary thermal light.

2026年1月2日、トリニティ・カレッジ・ダブリンのLuísa Toledo Tude、Emily Haughton、Paul R. Easthamは、色素を封入した光マイクロ共振器において、レーザー（色素）励起だけでなく、太陽光のような非コヒーレントな熱リザーバに共振器モードを結合させることでも光子のボース＝アインシュタイン凝縮（BEC）を生成できることを示した理論研究をPhysical Review A誌に発表した。

凝縮が現れる閾値の「励起温度」は熱力学第二法則によって決まり、その最小値は可逆な三準位熱機関のそれに一致する。本研究は光子凝縮を熱機関の熱力学と結びつけ、ありふれた熱光源で駆動するコヒーレント光生成・エネルギーハーベスティング・量子熱機関の実験への道を示す。

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Tiny defects in a semiconductor can act as "traps" that capture charge carriers, quietly degrading the efficiency of solar cells, LEDs and transistors. Detecting these trap states — especially at low densities — has been difficult with existing techniques. In Science Advances (dated 1 January 2026), researchers at the Korea Advanced Institute of Science and Technology (KAIST) and collaborators reported a photo-Hall-effect-based method that detects electronic trap states with roughly a thousand times greater sensitivity than conventional approaches.

The technique builds on the Hall effect — the sideways deflection of moving charges in a magnetic field — but resolves the contributions of electrons and holes separately under illumination (a "carrier-resolved photo-Hall" measurement). This lets the researchers extract detailed information about trap densities and carrier behavior that is otherwise hidden. Because trap states are a key limiter of performance in photovoltaics and other optoelectronic devices, a far more sensitive, contact-friendly diagnostic could accelerate the design of higher-efficiency solar cells and related technologies.

半導体中の微小な欠陥は、電荷キャリアを捕える「トラップ（罠）」としてはたらき、太陽電池・LED・トランジスタの効率を静かに低下させる。こうしたトラップ準位を——特に低密度のものを——検出することは、既存の技術では困難だった。Science Advances誌（2026年1月1日付）で、韓国科学技術院（KAIST）と共同研究者は、フォトホール効果に基づき、電子トラップ準位を従来手法の約1000倍の感度で検出する方法を報告した。

この手法は、磁場中で動く電荷が横向きに偏向するホール効果を土台としつつ、光照射下で電子と正孔の寄与を別々に分解する（「キャリア分解型フォトホール」測定）。これにより、通常は隠れているトラップ密度やキャリアの振る舞いに関する詳細な情報を引き出せる。トラップ準位は太陽光発電をはじめとする光電子デバイスの性能を制限する主要因であるため、はるかに高感度で扱いやすい診断法は、より高効率な太陽電池や関連技術の設計を加速しうる。

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Tokamak plasmas have long been bound by an empirical ceiling on density — the Greenwald limit — beyond which the plasma tends to disrupt. On 1 January 2026, researchers at the Institute of Plasma Physics (ASIPP, Chinese Academy of Sciences), Huazhong University of Science and Technology, and Aix-Marseille University reported in Science Advances that the Experimental Advanced Superconducting Tokamak (EAST) reached a long-predicted "density-free regime," remaining stable at densities far above the traditional limit.

The key was controlling plasma–wall interactions during start-up: using electron-cyclotron-resonance-heating (ECRH)-assisted ohmic start-up, the team reduced impurity accumulation and energy losses, suppressing the instabilities that normally trigger high-density disruptions. The work, co-led by Ping Zhu (HUST) and Ning Yan (ASIPP), points to a practical, scalable pathway for operating tokamaks at higher density — important because fusion power output rises steeply with density, making it directly relevant to next-generation burning-plasma devices on the road to ignition.

トカマクのプラズマは長年、密度の経験的な上限——グリーンワルド限界——に縛られ、それを超えるとプラズマが崩壊（ディスラプション）しやすくなることが知られてきた。2026年1月1日、中国科学院プラズマ物理研究所（ASIPP）・華中科技大学・エクス＝マルセイユ大学の研究者らは、全超伝導トカマク「EAST」が長年予言されてきた「密度フリー領域（density-free regime）」に到達し、従来の限界をはるかに超える密度でも安定を保ったとScience Advances誌に発表した。

鍵は、起動時のプラズマ・壁相互作用の制御だった。電子サイクロトロン共鳴加熱（ECRH）を併用したオーミック起動により、不純物の蓄積とエネルギー損失を抑え、高密度ディスラプションを引き起こす不安定性を抑制した。華中科技大学の朱平（Ping Zhu）とASIPPの厳寧（Ning Yan）が共同で主導した本研究は、より高い密度でトカマクを運転する実用的でスケーラブルな道筋を示す——核融合の出力は密度とともに急峻に増大するため、点火へ向かう次世代の燃焼プラズマ装置にとって直接的に重要な成果である。

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In the Nature issue dated 1 January 2026 (Vol. 649; first posted online in November 2025), a Harvard-led collaboration with MIT, QuEra Computing, and NIST/University of Maryland presented a complete blueprint for a universal, fault-tolerant quantum processor built from reconfigurable arrays of up to 448 neutral atoms. Using surface codes, the team showed that repeated quantum error correction suppresses errors below threshold — an improvement factor of 2.14 per increase in code distance — by combining atom-loss detection with machine-learning decoding.

Crucially, they went beyond error-corrected memory: they entangled logical qubits using transversal gates and lattice surgery, and achieved universal logic via transversal teleportation with three-dimensional [[15,1,3]] codes, together with logical-state generation and physical-qubit reset. These ingredients establish practical foundations for scalable, universal error-corrected processing in neutral-atom systems. (The paper appeared in print in the 1 January 2026 issue of Nature, Vol. 649, after being posted online in November 2025.)

2026年1月1日付のNature誌 第649巻（オンライン公開は2025年11月）で、ハーバード大学を中心にMIT・QuEra Computing・NIST／メリーランド大学が参加する共同研究は、最大448個の中性原子の再構成可能アレイで構築した、普遍的で誤り耐性のある量子プロセッサの完全な設計図を提示した。チームは表面符号を用い、原子損失の検出と機械学習デコーディングを組み合わせることで、繰り返しの量子誤り訂正が誤りをしきい値以下に抑制すること（符号距離を上げるごとに2.14倍の改善）を示した。

重要なのは、誤り訂正メモリにとどまらず、横断的（transversal）ゲートと格子手術（lattice surgery）で論理量子ビットをもつれさせ、三次元[[15,1,3]]符号を用いた横断的テレポーテーションにより普遍的な論理演算を実現した点である。論理状態の生成や物理量子ビットのリセットも併せ、中性原子系でスケーラブルかつ普遍的な誤り訂正計算の実用的基盤を築いた。（本論文は2025年11月にオンライン公開され、2026年1月1日号のNature第649巻に掲載された。）