Expanded research of exotic nuclear structure using spin-aligned RI beams

• Project/Area Number: 20H01923
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 15020:Experimental studies related to particle-, nuclear-, cosmic ray and astro-physics
• Research Institution: Kyushu University
• Principal Investigator: 市川 雄一 九州大学, 理学研究院, 准教授 (20532089)
• Project Period (FY): 2020-04-01 – 2024-03-31
• Project Status: Granted (Fiscal Year 2023)
• Budget Amount: ¥17,940,000 (Direct Cost: ¥13,800,000、Indirect Cost: ¥4,140,000); Fiscal Year 2023: ¥2,210,000 (Direct Cost: ¥1,700,000、Indirect Cost: ¥510,000); Fiscal Year 2022: ¥2,600,000 (Direct Cost: ¥2,000,000、Indirect Cost: ¥600,000); Fiscal Year 2021: ¥3,250,000 (Direct Cost: ¥2,500,000、Indirect Cost: ¥750,000); Fiscal Year 2020: ¥9,880,000 (Direct Cost: ¥7,600,000、Indirect Cost: ¥2,280,000)
• Keywords: エキゾチック核 / 核構造 / スピン / RIビーム / 核モーメント

Outline of Research at the Start

本研究では、分散整合二回散乱法によって生成したスピン整列RIビームを用いて、特異な核構造が示唆されているエキゾチック核の励起状態の核電磁モーメント測定を行う。測定対象は励起状態の異常な変形が示唆されている99Zrの電気四重極モーメント、および二重閉殻の特殊性が示唆されている130Sn、132Snの磁気双極子モーメントである。これらの核モーメント実験値を用いて特異核構造の発現メカニズムを微視的観点から明らかにする。

Outline of Annual Research Achievements

本研究では、分散整合二回散乱法によって生成したスピン整列RIビームを用いて、特異な核構造が示唆されているエキゾチック核の励起状態の核電磁モーメント測定を行い、特異核構造発現メカニズムを微視的観点から明らかにする。測定対象は99Zrの電気四重極モーメントおよび130Sn、132Snの磁気双極子モーメントである。
2022年度に理化学研究所RIBFにおいて、99Zrの核モーメント測定実験を行った。実験に向けて実験セットアップの作製、二次標的の作製、データ取得系の開発を行った。ただし、購入を予定していたORTEC製の平板型Ge検出器が２台、業者のミスにより製作が遅れ納入されず、性能的にかなり劣る旧型検出器を用いて実験に臨まざるを得なかった。
当該実験においては分散整合二回散乱法を用いて、一次ビーム238Uから100Zrを経由し、二次標的における一中性子抜き取り反応によって99Zrビームを生成した。電気四重極モーメント測定に先駆けて、まずは99Zrを銅標的に停止させ、外部静磁場印加下での時間微分型摂動核分布（TDPAD）法によるスピン整列度の確認および磁気双極子モーメントの再測定を行った。解析の結果、二回散乱分散整合の適用によって、およそ10%のスピン整列度が達成されていることが判明した。引き続き核モーメント導出に向けて実験データの解析を行っている。
一方、2023年度に予定されていた130Snの核モーメント測定実験は加速器施設の装置故障により延期となってしまった。2024年度に実施される見込みであるため、それに向けた検討を行っている。

Current Status of Research Progress

3: Progress in research has been slightly delayed.

Reason

99Zrの核モーメント測定実験に関しては、業者のミスにより想定していた検出器の不調達という予想外の事態はあったものの、RIBFにおける実験はなんとか遂行することができ、およそ10%のスピン整列度を得ることができたことが判明した。
一方で、130Snの核モーメント測定実験に関しては、本来2023年度に行われる予定だったのが、加速器施設の装置故障により延期されることになったため。

Strategy for Future Research Activity

得られた99Zrの核モーメント測定の実験データ解析を進める予定である。得られたTDPADスペクトルから磁気双極子モーメントの決定をし、最終的に電気四重極モーメントの決定へとつなげたい。
また、2024年度後期に130Snの磁気双極子モーメント測定実験が行われる予定であるため、それに向けて、実験セットアップのアレンジ、二次標的の作製などを行う予定である。

Research Products

• [Int'l Joint Research] Universite Paris-Saclay/Institut Laue-Langevin(フランス)
• [Int'l Joint Research] Universite Paris-Saclay/Institut Laue-Langevin(フランス)
• [Journal Article] Nuclear-moment measurement using highly spin-aligned RI beams: Recent activities at RIBF (2024)
  • Author(s): Y. Ichikawa, Y. Shinohara et al.
  • Journal Title: Interactions Volume: 245 Issue: 1 Pages: 26-26
  • DOI: 10.1007/s10751-024-01869-2
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Demonstration of nuclear gamma-ray polarimetry based on a multi-layer CdTe Compton camera (2024)
  • Author(s): S. Go, Y. Tsuzuki, H. Yoneda, Y. Ichikawa, T. Ikeda, N. Imai, K. Imamura, M. Niikura, D. Nishimura, R. Mizuno, S. Takeda, H. Ueno, S. Watanabe, T. Y. Saito, S. Shimoura, S. Sugawara, A. Takamine, T. Takahashi
  • Journal Title: Scientific Reports Volume: 14 Issue: 1 Pages: 2573-2573
  • DOI: 10.1038/s41598-024-52692-2
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Nuclear magnetic moment of the neutron-rich nucleus 21O (2023)
  • Author(s): Ishibashi Y.、Gladkov A.、Ichikawa Y.、Takamine A.、Nishibata H.、Sato T.、Yamazaki H.、Abe T.、Daugas J. M.、Egami T.、Fujita T.、Georgiev G.、Imamura K.、Kawaguchi T.、Kobayashi W.、Nakamura Y.、Ozawa A.、Sanjo M.、Shimizu N.、Tominaga D.、Tao L. C.、Asahi K.、Ueno H.
  • Journal Title: Physical Review C Volume: 107 Issue: 2 Pages: 024306-024306
  • DOI: 10.1103/physrevc.107.024306
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] 核スピンから探る原子核・素粒子・宇宙 (2022)
  • Author(s): 市川 雄一
  • Journal Title: 原子核研究「2021」夏の学校特集号 Volume: 66 Pages: 13-22
• [Journal Article] 低エネルギースピン物理 ―スピン核分光実験― (2021)
  • Author(s): 市川 雄一
  • Journal Title: 原子核研究「日本のスピン物理学の展望」特集号 Volume: 66 Pages: 78-89
• [Presentation] Nuclear-moment measurements by gamma-ray spectroscopy (2024)
  • Author(s): Y. Ichikawa
  • Organizer: Workshop on frontier nuclear studies with gamma-ray spectrometer arrays (gamma24), March 26-28, 2024
  • Invited
• [Presentation] Gamma-ray polarimetry based on a multi-layer CdTe Compton Camera (2024)
  • Author(s): S. Go et al.
  • Organizer: Workshop on frontier nuclear studies with gamma-ray spectrometer arrays (gamma24), March 26-28, 2024
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Level scheme of 33Al by β-decay spectroscopy of 33Mg (2024)
  • Author(s): Y. Yamamoto et al.
  • Organizer: Workshop on frontier nuclear studies with gamma-ray spectrometer arrays (gamma24), March 26-28, 2024
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Development of dual-species spin maser of 129Xe and 131Xe toward the EDM measurement (2023)
  • Author(s): K. Tanimoto et al.
  • Organizer: A3F-CNS Summer School 2023
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Reconstruction of 33Mg → 33Al decay scheme (2023)
  • Author(s): Y. Yamamoto et al.
  • Organizer: A3F-CNS Summer School 2023
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] EDM探索に向けた129Xe, 131Xe核スピンメーザーの開発 (2023)
  • Author(s): 立川柊平, 市川雄一, 佐藤智哉 A, 安藤蒼太, 篠原悠介, 谷本昂平, 山本陽介, 西畑洸希, 郷慎太郎, 高峰愛子, 上野秀樹, 旭耕一郎
  • Organizer: 第12回 停止・低速RIビームを用いた核分光研究会（12th SSRI）
• [Presentation] Nuclear-moment measurement using highly spin-aligned RI beams: Recent activities at RIBF (2023)
  • Author(s): Y. Ichikawa
  • Organizer: International Conference on Hyperfine Interactions and their Applications (HYPERFINE2023)
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Injection of High Energetic Ion Beams to Superfluid Helium as a Host Matrix of Laser Spectroscopic Study of Radioisotope Atoms (2023)
  • Author(s): K. Imamura et al.
  • Organizer: International Conference on Hyperfine Interactions and their Applications (HYPERFINE2023)
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Xe原子EDM探索に向けた同位体共存磁力計の開発 (2023)
  • Author(s): 立川柊平, 市川雄一, 谷本昂平, 佐藤智哉, 安藤蒼太, 篠原悠介, 山本陽介, 西畑洸希, 郷慎太郎, 高峰愛子, 上野秀樹, 旭耕一郎
  • Organizer: 日本物理学会第129回年次大会
• [Presentation] 核反応によるスピン整列生成と核内スピン構造の探索 (2023)
  • Author(s): 市川雄一
  • Organizer: 原子核におけるスピン自由度の織り成すダイナミクス
  • Invited
• [Presentation] EDM測定に向けた能動帰還型核スピンメーザーの開発 (2023)
  • Author(s): 立川柊平, 市川雄一, 他
  • Organizer: 日本物理学会2023年春季大会
• [Presentation] Nuclear moment measurement: present and future (2022)
  • Author(s): Y. Ichikawa
  • Organizer: Physics of RI: Recent progress and perspectives
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Recent progress of nuclear moment measurement (2022)
  • Author(s): Y. Ichikawa
  • Organizer: RIBF Users Meeting 2022
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] EDM測定に向けたガラスセル中Xe原子のスピン緩和機構の評価 (2022)
  • Author(s): 安藤蒼太, 市川雄一, 他
  • Organizer: 日本物理学会第77回年次大会
• [Presentation] 分散整合二回散乱法による99Zrアイソマー状態のスピン整列 (2022)
  • Author(s): 篠原悠介, 市川雄一, 他
  • Organizer: 日本物理学会2022年秋季大会
• [Presentation] EDM測定に向けたガラスセル中Xe原子のスピン緩和機構の評価II (2022)
  • Author(s): 安藤蒼太, 市川雄一, 他
  • Organizer: 日本物理学会2022年秋季大会
• [Presentation] Development of nuclear spin maser toward the EDM measurement (2022)
  • Author(s): S. Ando
  • Organizer: The 14th International Workshop on Fundamental Physics Using Atoms (FPUA2022)
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 分散整合二回散乱法による99Zrアイソマー状態のスピン整列 (2022)
  • Author(s): 篠原悠介, 市川雄一, 他
  • Organizer: 第128回日本物理学会九州支部例会
• [Presentation] EDM測定に向けた核スピンメーザーの開発 (2022)
  • Author(s): 安藤蒼太, 市川雄一, 他
  • Organizer: 第128回日本物理学会九州支部例会
• [Presentation] ベータ遅延中性子測定のための中性子検出器の開発と性能評価 (2022)
  • Author(s): 岸本侃己, 市川雄一, 他
  • Organizer: 第128回日本物理学会九州支部例会
• [Presentation] 核スピンから探る原子核・素粒子・宇宙 (2021)
  • Author(s): 市川 雄一
  • Organizer: 原子核三者若手夏の学校
  • Invited
• [Presentation] 低エネルギースピン物理 ―スピン核分光実験― (2021)
  • Author(s): 市川 雄一
  • Organizer: 日本のスピン物理学の展望
  • Invited