r-process nucleosynthesis and neutron star matter studied with nuclear density functional theory
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20K03945
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 15010:Theoretical studies related to particle-, nuclear-, cosmic ray and astro-physics
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| Research Institution | Niigata University |
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Principal Investigator |
松尾 正之 新潟大学, 自然科学系, 教授 (70212214)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2024-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2022)
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| 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)
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| Keywords | 対凝縮エネルギー / 対移行強度 / 中性子星内殻 / 超流体音波 / 中性子捕獲反応 / 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 |
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| 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。
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| Outline of Annual Research Achievements |
1.中性子星内殻にける中性子超流体の理論研究：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.前年度までの予備研究で導入したヒッグス・モードの自由度を表現する対移行演算子の強度関数と対凝縮エネルギーの関係について、スズ同位体鎖を対象とした数値計算による分析を継続し、対凝縮エネルギーを定量化する手法が理論的に成立することを確認した。論文を執筆し、学術誌に投稿した。
b.中性子内殻物質に対応するウィグナー・ザイツ・セルを対象にした密度汎関数＋線形応答計算により、中性子過剰原子核と相互作用する超流体音波モードを記述した。音波モードの散乱位相差に着眼して分析を進め、双極型音波モードでは斥力であることを確認した。一方で、単極型モードでは共鳴的な振る舞いが現れることを見出した。また、これらの結果と比較検討を行うため、中性子過剰核と音波モードの相互作用を記述するボーズ粒子模型を構築した。これらの成果の一部は物理学会にて発表した。
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：前年度までの研究を踏まえ研究の第２ステップである、低励起状態を終状態とする中性子捕獲断面積の定式化を完成させ、対応する数値計算コードも構築させた。数値計算分析から、この理論が、巨大共鳴は低励起振動など集団効果や共鳴効果など、単純な独立粒子模型では記述できない要素を持つことを明らかにした。国際会議での発表し、学術論文を投稿した。また、並行して、中性子が対相関状態に現れる準粒子共鳴の分析を進めた。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
中性子星内殻の中性子超流体の研究に関しては、音波モードと中性子過剰原子核の相互作用の分析については概ね順調に推移しているが、その相互作用に基づいて中性子星内殻物質の熱伝導率などに不可欠な格子音波との相互作用を導出するステップには到達していない。一方で、対凝縮エネルギーの定量化手法の研究で進展があった。中性子捕獲反応の理論研究については、次のステップである対相関効果の考慮にも着手できた。全体的に見て概ね順調であると評価した。
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| Strategy for Future Research Activity |
1. 中性子星内殻にける中性子超流体の理論研究：これまでの研究を継続して発展させ、中性子星内殻物質の熱伝導率などに不可欠な格子音波と超流体音波の相互作用を導出する研究を進める。
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：開殻配位の中性子過剰原子核を対象とする場合に不可欠となる対相関効果を取り入れるため準粒子線応答理論に拡張する研究に着手しており、この定式化と数値計算コードを構築する。
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Report
(3 results)
Research Products
(19 results)
