Study of excited nuclear states by using double arm spectrometers

• Project/Area Number: 21K03599
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 15020:Experimental studies related to particle-, nuclear-, cosmic ray and astro-physics
• Research Institution: Osaka University
• Principal Investigator: 小林 信之 大阪大学, 核物理研究センター, 准教授 (80750778)
• Project Period (FY): 2021-04-01 – 2024-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2023)
• Budget Amount: ¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000); Fiscal Year 2023: ¥520,000 (Direct Cost: ¥400,000、Indirect Cost: ¥120,000); Fiscal Year 2022: ¥260,000 (Direct Cost: ¥200,000、Indirect Cost: ¥60,000); Fiscal Year 2021: ¥3,380,000 (Direct Cost: ¥2,600,000、Indirect Cost: ¥780,000)
• Keywords: 原子核物理実験 / 励起状態 / ハロー核 / 原子核 / 中性子ハロー核 / 原子核実験 / 原子核反応

Outline of Research at the Start

本研究では、応募者が考案した手法により、原子核の励起状態の半径を世界で初めて測定する。これまで、核の反応研究は基底状態のみを対象としており、励起状態に対する反応を扱うことは出来なかった。しかし、応募者の独自のアイディアに基づく本手法は核の励起状態に直接反応の手法を適用するものであり、これまで不可能とされてきた“原子核反応を用いた励起状態の構造研究”という新しい分野を開拓するものである。本研究の応用範囲は核物理全域に渡るものであるが、我々が始めにターゲットとする研究課題は、“励起状態に表れるハロー構造の探索”である。

Outline of Annual Research Achievements

原子核は宇宙における物質の生成過程を理解する上で最も基本的な要素の一つであり、その静的（核構造）および動的（核反応）な性質は、純粋な核物理学的興味からだけでなく、宇宙物理分野からの要請もあって盛んに研究されてきた。これまで118種の元素、約3000種の同位体核種が実験的に見つかっているが、核種は陽子数 Z と中性子数 N の組み合わせで表され、さらに各原子核は 1 つの基底状態と複数の励起状態を持ち、各状態は励起エネルギー Ex で識別される。すなわち、原子核は Z, N, 及び Ex の 3 つの自由度を持ち、原子核の各状態は Z - N - Ex 空間上の 1 点で与えられる。
本研究では、研究代表者が考案した手法により、原子核の励起状態の半径を測定すること目的とする。これまで、核の反応研究は基底状態のみを対象としており、励起状態に対する反応を扱うことは出来なかった。これは、一般に励起状態の寿命がピコ秒からナノ秒程度と短いこと、さらに質量を用いて基底状態と弁別
することが困難であることに起因する。しかし、本手法は核の励起状態に直接反応の手法を適用するものであり、これまで不可能とされてきた“原子核反応を用いた励起状態の構造研究”を可能にするものである。
本年度は、これまで考察した双腕スペクトロメータのイオン光学について改良を行うと共に、この過程で得られた知見から、イオン光学を含めた実験セットアップの新しいアイディアを発見した。この実験セットアップでは、これまでのセットアップにおいて困難となる問題点を改良したものであり、誤差を見積もる上で優れたセットアップになっている。この成果の実証試験のためのビームタイムを米国Facility for Rare Isotope Beams (FRIB) において提案し、114時間のビームタイムが承認された。

Research Products

• [Journal Article] Mass, Spectroscopy, and Two-Neutron Decay of 16Be (2024)
  • Author(s): Monteagudo B.、Marqus F.M.、Gibelin J.、Orr N.A.、Corsi A.、Kubota Y.、Casal J.、Gmez-Camacho J.、Kobayashi N.
  • Journal Title: Physical Review Letters Volume: 132 Issue: 8 Pages: 0825011-6
  • DOI: 10.1103/physrevlett.132.082501
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Large collectivity in 29Ne at the boundary of the island of inversion (2023)
  • Author(s): Revel A.、Wu J.、Iwasaki H.、Ash J.、Bazin D.、Brown B.A.、Chen J.、Elder R.、Farris P.、Gade A.、Grinder M.、Kobayashi N.、Li J.、Longfellow B.、Mijatovic T.、Pereira J.、Poves A.、Sanchez A.、Shimizu N.、Spieker M.、Utsuno Y.、Weisshaar D.
  • Journal Title: Physics Letters B Volume: 838 Pages: 137704-137704
  • DOI: 10.1016/j.physletb.2023.137704
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Unbound states in 17C and p-sd shell-model interactions (2022)
  • Author(s): S. Kim, T. Nakamura, Y. Togano et al.
  • Journal Title: Physics Letters B Volume: 836 Pages: 1376291-7
  • DOI: 10.1016/j.physletb.2022.137629
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Spectroscopy of $$^\mathbf{17}$$C Above the Neutron Separation Energy (2022)
  • Author(s): Kim Sunji、Hwang Jongwon、Satou Yoshiteru、Orr Nigel A.、Nakamura Takashi、Kondo Yosuke、Gibelin Julien、... Nobuyuki Kobayashi
  • Journal Title: Few-Body Systems Volume: 63 Issue: 1 Pages: 1-4
  • DOI: 10.1007/s00601-022-01725-5
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Spectroscopy of the T = 3 over 2 A = 47 and A = 45 mirror nuclei via one- and two-nucleon knockout reactions (2022)
  • Author(s): Uthayakumaar S.、Bentley M. A.、Simpson E. C.、Haylett T.、Yajzey R.、Lenzi S. M.、Satu?a W.、... N. Kobayashi
  • Journal Title: Physical Review C Volume: 106 Issue: 2 Pages: 024327-024327
  • DOI: 10.1103/physrevc.106.024327
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Candidates for the 5α condensed state in 20Ne (2021)
  • Author(s): Adachi S.、Fujikawa Y.、Kawabata T.、Akimune H.、Doi T.、Furuno T.、Harada T.、Inaba K.、Ishida S.、Itoh M.、Iwamoto C.、Kobayashi N.、Maeda Y.、Matsuda Y.、Murata M.、Okamoto S.、Sakaue A.、Sekiya R.、Tamii A.、Tsumura M.
  • Journal Title: Physics Letters B Volume: 819 Pages: 136411-136411
  • DOI: 10.1016/j.physletb.2021.136411
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] The structure of low-lying 1? states in 90,94Zr from (α,α′γ) and (p,p′γ) reactions (2021)
  • Author(s): Crespi F.C.L.、Bracco A.、Lanza E.G.、Tamii A.、Blasi N.、Camera F.、Wieland O.、Kobayashi N.
  • Journal Title: Physics Letters B Volume: 816 Pages: 136210-136210
  • DOI: 10.1016/j.physletb.2021.136210
• [Journal Article] Lifetime measurements probing collectivity in the ground-state band of <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mmultiscripts><mml:mi>Mg</mml:mi><mml:mprescripts /><mml:none /><mml:mn>32</mml:mn></mml:mmultiscripts></mml:math> (2021)
  • Author(s): Elder R.、Iwasaki H.、Ash J.、Bazin D.、Bender P. C.、Braunroth T.、Campbell C. M.、Crawford H. L.、Elman B.、Gade A.、Grinder M.、Kobayashi N.、Longfellow B.、Mijatovi? T.、Pereira J.、Revel A.、Rhodes D.、Weisshaar D.
  • Journal Title: Physical Review C Volume: 104 Issue: 2
  • DOI: 10.1103/physrevc.104.024307
• [Journal Article] Search for in-band transitions in the candidate superdeformed band in <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mmultiscripts><mml:mi>Si</mml:mi><mml:mprescripts /><mml:none /><mml:mn>28</mml:mn></mml:mmultiscripts></mml:math> (2021)
  • Author(s): Morris L.、Jenkins D. G.、Harakeh M. N.、Isaak J.、Kobayashi N.、Tamii A.、et al.
  • Journal Title: Physical Review C Volume: 104 Issue: 5
  • DOI: 10.1103/physrevc.104.054323
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] First experimental determination of the radiative-decay probability of the 3－1 state in 12C for estimating the triple alpha reaction rate in high temperature environments (2021)
  • Author(s): M. Tsumura,S. Kubono, et al.
  • Journal Title: Physics Letters B Volume: 817 Pages: 136283-136283
  • DOI: 10.1016/j.physletb.2021.136283
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Proton-3He elastic scattering at intermediate energies (2021)
  • Author(s): A.Watanabe, S.Nakai, Y.Wada, K.Sekiguchi, M.Itoh, et al.
  • Journal Title: Physical Review C Volume: 103 Issue: 4 Pages: 044001-044001
  • DOI: 10.1103/physrevc.103.044001
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Quasifree Neutron Knockout Reaction Reveals a Small s-Orbital Component in the Borromean Nucleus B17 (2021)
  • Author(s): Yang Z.H.、Kubota Y.、Corsi A.、Kondo Y. et al.
  • Journal Title: Physical Review Letters Volume: 126 Issue: 8 Pages: 1-6
  • DOI: 10.1103/physrevlett.126.082501
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Spectroscopy of the T?=?2 mirror nuclei 48Fe/48Ti using mirrored knockout reactions (2021)
  • Author(s): Yajzey R.、Bentley M.A.、Simpson E.C.、Haylett T.、Uthayakumaar S.、...、Nobuyuki Kobayashi、et al.
  • Journal Title: Physics Letters B Volume: 823 Pages: 136757-136757
  • DOI: 10.1016/j.physletb.2021.136757
• [Journal Article] Investigation of the isoscalar response of 24Mg to 6Li scattering (2021)
  • Author(s): Zamora J. C.、Sullivan C.、Zegers R. G. T.、...、Nobuyuki Kobayashi、et al.
  • Journal Title: Physical Review C Volume: 104 Issue: 1
  • DOI: 10.1103/physrevc.104.014607
• [Presentation] 数値シミュレーションを用いた Slope ADC の到達性能の研究 (2023)
  • Author(s): 小林信之
  • Organizer: 計測システム研究会2023@RCNP ～計測システム開発の現状と今後の展開～
• [Presentation] PANDORA Project -- Measurements of photo-nuclear reaction cross sections at RCNP (2022)
  • Author(s): Nobuyuki Kobayashi
  • Organizer: Mean-field and Cluster Dynamics in Nuclear Systems 2022 (MCD2022)
  • Int'l Joint Research / Invited