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r-process nucleosynthesis and neutron star matter studied with nuclear density functional theory

Research Project

Project/Area Number 20K03945
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research (C)

Allocation TypeMulti-year Fund
Section一般
Review Section Basic Section 15010:Theoretical studies related to particle-, nuclear-, cosmic ray and astro-physics
Research InstitutionNiigata University

Principal Investigator

松尾 正之  新潟大学, 自然科学系, 教授 (70212214)

Project Period (FY) 2020-04-01 – 2025-03-31
Project Status Granted (Fiscal Year 2023)
Budget Amount *help
¥4,290,000 (Direct Cost: ¥3,300,000、Indirect Cost: ¥990,000)
Fiscal Year 2023: ¥780,000 (Direct Cost: ¥600,000、Indirect Cost: ¥180,000)
Fiscal Year 2022: ¥910,000 (Direct Cost: ¥700,000、Indirect Cost: ¥210,000)
Fiscal Year 2021: ¥910,000 (Direct Cost: ¥700,000、Indirect Cost: ¥210,000)
Fiscal Year 2020: ¥1,690,000 (Direct Cost: ¥1,300,000、Indirect Cost: ¥390,000)
Keywords中性子星内殻 / 超流体音波 / 中性子過剰核 / 中性子捕獲反応 / 密度汎関数理論 / 対凝縮エネルギー / 対移行強度 / エントレインメント効果 / 中性子捕獲反応理論 / 原子核密度汎関数理論 / 中性子過剰原子核 / 近接効果 / 励起状態間遷移 / 原子核密度汎関数 / r過程元素合成
Outline of Research at the Start

中性子星や重力波などの観測により研究の進展が予想されるr過程元素合成や中性子星の諸現象には、中性子過剰なエキゾチック核子多体系に現れる特徴的な物理機構が反映していると考えられる。本研究では、最新の不安定原子核研究の成果を反映することができる原子核密度汎関数理論、特に量子多体相関を表現できる連続状態QRPA理論を用いて、r過程での中性子直接捕獲反応、および、中性子星内殻物質の巨視的物性(弾性率、熱伝導率)を記述する。これにより、中性子過剰核や中性子超流体に現れる種々の特徴的な励起モードがr過程元素合成反応や中性子星内殻の地震動や熱伝搬に及ぼす影響を明らかにする。

Outline of Annual Research Achievements

1.中性子星内殻における中性子超流体の研究:前年度に引き続き、a.中性子対相関の対凝縮エネルギーの定量化手法の開発、b. 中性子超流体の集団励起と中性子過剰原子核の相互作用の研究を遂行した。
a.対移行演算子の強度関数と対凝縮エネルギーの関係を示す学術論文を出版した。また、(He-4, He-6)反応実験と比較検証するための手法について検討を進めた。
b.中性子内核物質において中性子過剰核と超流体音波との相互作用をモデル化するボーズ粒子模型を構築し、音波波動関数の空間的振る舞い、音波―原子核の散乱位相差、および相互作用行列要素を記述した。微視的な密度汎関数+線形応答計算と比較検討を行い、両者の相違について分析した。同一の相互作用行列要素を与える条件から、ボーズ凝縮模型のパラメータが決定できることを見出した。

2.原子核密度汎関数理論による中性子過剰原子核の中性子捕獲反応の微視的記述: 前年度の成果を発展させ、中性子・陽子ともに開殻配位にある原子核を記述できるよう、対相関効果を取り入れた理論的拡張を定式化し、数値計算コードも完成させた。この拡張理論を用いて中性子過剰Zn,Ge原子核を対象とした数値分析を進め、4重極、8重極集団振動に関わる新たな共鳴捕獲が中性子捕獲に影響を与えることを見出した。成果の一部を国際学会で発表した。また、中性子過剰炭素原子核における中性子対相関に起因して生じる準粒子共鳴に関する学術論文を発表した。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

3: Progress in research has been slightly delayed.

Reason

上記1-aおよび2に関して、本年度大きく進展し重要な研究結果を得つつある。1-aに関しては、ボーズ粒子模型のパラメータ決定方法が機能することを見出し、その成果を学術論文として発表すべく執筆を進めているが、詰めの分析が必要となり、投稿に至っていない。2に関しても、4重極・8重極の集団振動状態が中性子捕獲に大きな影響を与えるという新しい知見を得て論文執筆を進めているが、投稿に至っていないことから。令和6年度中に論文発表を行うため、研究期間を延長した。

Strategy for Future Research Activity

上記1-bと2の研究に関して、研究結果の細部についての確認、結果の解釈などについて研究を行うとともに、論文執筆を進め、令和6年度中に論文を発表する。

Report

(4 results)
  • 2023 Research-status Report
  • 2022 Research-status Report
  • 2021 Research-status Report
  • 2020 Research-status Report
  • Research Products

    (27 results)

All 2024 2023 2022 2021 2020

All Journal Article (5 results) (of which Peer Reviewed: 5 results,  Open Access: 2 results) Presentation (22 results) (of which Int'l Joint Research: 5 results,  Invited: 2 results)

  • [Journal Article] Continuum random-phase approximation for <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>γ</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:math> reactions on neutron-rich nuclei: Collective effects and resonances2023

    • Author(s)
      Saito Teruyuki、Matsuo Masayuki
    • Journal Title

      Physical Review C

      Volume: 107 Issue: 6 Pages: 064607-064607

    • DOI

      10.1103/physrevc.107.064607

    • Related Report
      2023 Research-status Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Higgs response and pair condensation energy in superfluid nuclei2023

    • Author(s)
      Takahashi Kengo、Matsuda Yusuke、Matsuo Masayuki
    • Journal Title

      Progress of Theoretical and Experimental Physics

      Volume: 2023 Issue: 8

    • DOI

      10.1093/ptep/ptad088

    • Related Report
      2023 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Quasiparticle resonance in decay spectrum of unbound nuclei near neutron drip-line2023

    • Author(s)
      Kobayashi Yoshihiko、Matsuo Masayuki
    • Journal Title

      Physical Review C

      Volume: 108 Issue: 3 Pages: 034313-034313

    • DOI

      10.1103/physrevc.108.034313

    • Related Report
      2023 Research-status Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Continuum random-phase approximation for γ transitions between excited states in neutron-rich nuclei2021

    • Author(s)
      Teruyuki Saito and Masayuki Matsuo
    • Journal Title

      Physical Review C

      Volume: 104 Issue: 3 Pages: 034305-034305

    • DOI

      10.1103/physrevc.104.034305

    • Related Report
      2021 Research-status Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Proximity effect of pair correlation in the inner crust of neutron stars2020

    • Author(s)
      Okihashi Toshiyuki、Matsuo Masayuki
    • Journal Title

      Progress of Theoretical and Experimental Physics

      Volume: 2021 Issue: 2

    • DOI

      10.1093/ptep/ptaa174

    • Related Report
      2020 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Presentation] 連続状態準粒子乱雑位相近似による中性子過剰核の中性子捕獲2024

    • Author(s)
      斉藤照之, 松尾正之
    • Organizer
      日本物理学会春季大会
    • Related Report
      2023 Research-status Report
  • [Presentation] Density functional approach to radiative neutron capture reactions on r-process nuclei2023

    • Author(s)
      T. Saito and M. Matsuo
    • Organizer
      Sixth Joint Meeting of the Nuclear Physics Divisions of JPS and APS
    • Related Report
      2023 Research-status Report
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] 密度汎関数理論に基づく中性子捕獲反応の微視的記述2023

    • Author(s)
      松尾正之、斉藤照之
    • Organizer
      九州大学理論核物理研究会「現代核物理の広がりと展望」
    • Related Report
      2023 Research-status Report
    • Invited
  • [Presentation] Higgs mode and pair transfer responses in superfluid nuclei2023

    • Author(s)
      松尾正之
    • Organizer
      RCNP研究会 Microscopic approach from pair correlation to pair condensation
    • Related Report
      2023 Research-status Report
  • [Presentation] Study of superfluid phonon in the inner crust of neutron stars using Gross-Pitaevski and Bogoliubov theories,2023

    • Author(s)
      A. Nishiwaki and M. Matsuo
    • Organizer
      The 6th workshop on many-body correlations in microscopic nuclear model, Sado
    • Related Report
      2023 Research-status Report
  • [Presentation] 21Cの崩壊スペクトルにおける準粒子共鳴の効果2023

    • Author(s)
      小林良彦, 松尾正之
    • Organizer
      日本物理学会年次大会
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      2022 Research-status Report
  • [Presentation] Gross-Pitaevskii及びBogoliubov理論を用いた中性子星内殻における超流体音波の研究2023

    • Author(s)
      西脇新, 松尾正之
    • Organizer
      日本物理学会年次大会
    • Related Report
      2022 Research-status Report
  • [Presentation] 連続状態乱雑位相近似による直接中性子捕獲の方法2023

    • Author(s)
      斉藤照之, 松尾正之
    • Organizer
      研究会「中性子捕獲反応で迫る宇宙の元素合成」
    • Related Report
      2022 Research-status Report
  • [Presentation] Effects of quasiparticle resonance on decay spectrum of 21C2022

    • Author(s)
      Y. Kobayashi, M.Matsuo
    • Organizer
      International Symposium “Developments of Physics of Unstable Nuclei (YKIS2022b)”
    • Related Report
      2022 Research-status Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Continuum RPA for microscopic description of direct neutron capture on neutron-rich nuclei2022

    • Author(s)
      T. Saito, M.Matsuo
    • Organizer
      International Symposium “Developments of Physics of Unstable Nuclei (YKIS2022b)”
    • Related Report
      2022 Research-status Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 時間依存Gross-Pitaevskii方程式による量子渦のピン留め・ピン外れ機構の研究2022

    • Author(s)
      佐々木哲平, 関澤一之, 松尾正之
    • Organizer
      日本物理学会第77回年次大会
    • Related Report
      2021 Research-status Report
  • [Presentation] 超流動原子核の対凝縮エネルギーを2核子移行強度関数から評価する2022

    • Author(s)
      高橋賢吾, 松田悠輔, 松尾正之
    • Organizer
      日本物理学会第77回年次大会
    • Related Report
      2021 Research-status Report
  • [Presentation] 密度汎関数理論と連続状態乱雑位相近似による直接中性子捕獲の研究III2022

    • Author(s)
      斉藤照之, 松尾正之
    • Organizer
      日本物理学会第77回年次大会
    • Related Report
      2021 Research-status Report
  • [Presentation] 密度汎関数理論と連続状態乱雑位相近似による直接中性子捕獲の研究II2021

    • Author(s)
      斉藤照之, 松尾正之
    • Organizer
      日本物理学会2021年秋季大会
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      2021 Research-status Report
  • [Presentation] 21Cの崩壊スペクトルにおけるs波準粒子共鳴2021

    • Author(s)
      小林良彦, 松尾正之
    • Organizer
      日本物理学会2021年秋季大会
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      2021 Research-status Report
  • [Presentation] 中性子ドリップライン原子核におけるs波準粒子共鳴2021

    • Author(s)
      小林良彦、松尾正之
    • Organizer
      RCNP研究会「原子核における多様な共鳴現象と それを探る反応機構」
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      2020 Research-status Report
  • [Presentation] 励起状態に遷移する直接中性子捕獲過程の連続状態乱雑位相近似による記述2021

    • Author(s)
      斉藤照之, 松尾正之
    • Organizer
      日本物理学会年次大会
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      2020 Research-status Report
  • [Presentation] 中性子星内殻におけるAnderson-Bogoliubov音波と原子核クラスターの散乱2021

    • Author(s)
      起橋俊之、松尾正之
    • Organizer
      日本物理学会年次大会
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      2020 Research-status Report
  • [Presentation] Proximity effect of pair correlation in the inner crust of neutron stars2020

    • Author(s)
      Toshiyuki Okihashi, Masayuki Matsuo
    • Organizer
      A3F-CNS Summer School 2020
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      2020 Research-status Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Pair vibrational excitation modes and pair field polarizability2020

    • Author(s)
      Kengo Takahashi, Masayuki Matsuo
    • Organizer
      A3F-CNS Summer School 2020
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      2020 Research-status Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 連続状態乱雑位相近似による励起状態間遷移への相関効果II:集団励起と直接中性子捕獲への 応用2020

    • Author(s)
      斉藤照之、松尾正之
    • Organizer
      日本物理学会秋季大会
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      2020 Research-status Report
  • [Presentation] 中性子星内殻における対相関の近接効果と集団励起2020

    • Author(s)
      起橋俊之、松尾正之
    • Organizer
      日本物理学会秋季大会
    • Related Report
      2020 Research-status Report

URL: 

Published: 2020-04-28   Modified: 2024-12-25  

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