重い原子核構造の精密計算による二重ベータ崩壊半減期の理論予測
| Project/Area Number |
22K03600
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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 | Chiba Institute of Technology |
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Principal Investigator |
東山 幸司 千葉工業大学, 創造工学部, 教授 (60433679)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
吉永 尚孝 埼玉大学, 理工学研究科, 名誉教授 (00192427)
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| Project Period (FY) |
2022-04-01 – 2026-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2022)
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| Budget Amount *help |
¥4,030,000 (Direct Cost: ¥3,100,000、Indirect Cost: ¥930,000)
Fiscal Year 2025: ¥520,000 (Direct Cost: ¥400,000、Indirect Cost: ¥120,000)
Fiscal Year 2024: ¥520,000 (Direct Cost: ¥400,000、Indirect Cost: ¥120,000)
Fiscal Year 2023: ¥1,820,000 (Direct Cost: ¥1,400,000、Indirect Cost: ¥420,000)
Fiscal Year 2022: ¥1,170,000 (Direct Cost: ¥900,000、Indirect Cost: ¥270,000)
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| Keywords | 原子核構造 / 二重ベータ崩壊 / 殼模型 / 生成座標法 / 電気双極子モーメント / 理論核物理 / 原子核殻模型 |
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| Outline of Research at the Start |
素粒子物理学で数多くの実験データを説明してきた標準模型において、ニュートリノは質量が０の粒子として扱われるが、ニュートリノ振動の観測により小さいながら有限の質量を有することが明らかになっている。しかしながら、ニュートリノは観測にかかりにくいことから、質量を測定するには至っていない。これを知る方法として期待されているのが、ニュートリノを放出しない二重ベータ崩壊の半減期の測定である。この半減期からニュートリノの質量を求めるには、原子核の核行列要素を計算する必要がある。本研究では、二重ベータ崩壊の半減期を与える核行列要素の精密計算を行い、どの原子核で半減期が大きくなるか推測する。
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| Outline of Annual Research Achievements |
ニュートリノを放出しない原子核の二重ベータ崩壊は，崩壊が起こり半減期が得られると，ニュートリノの基本的性質が明らかになると同時に，素粒子の標準模型を超えた新しい物理への道を開くものとして期待されている。近年，二重ベータ崩壊の半減期の探索実験が盛んに行われているが，幾つかの核種に対して上限値が得られているに過ぎない。また理論においては，原子核殻模型，乱雑位相近似，相互作用するボソン模型等により核行列要素の計算が行われてきたが，模型の違いにより互いの結果が一致していない状況であった。
本研究の成果は，ニュートリノを放出しない二重ベータ崩壊が生じるモリブデン100原子核の精密な波動関数を得るため，質量数100領域のジルコニウム，ルテニウム原子核に対して殻模型計算を行い，原子核の励起メカニズムを明らかにしたことにある。この領域の核子間に働く相互作用の研究は現在まであまり行われてこなかったため，本研究では現象論的な有効相互作用を用いた。また，中性子陽子間の相互作用には，これまで取り入れてこなかった多重極相互作用を導入して数値解析を実行し，幅広い核種のエネルギー準位や電磁遷移の実験値を再現した。
また本研究では，生成座標法により質量数130領域のキセノン，バリウム原子核の数値解析を実行した。計算で得られた波動関数を解析することにより，原子核の軸対称変形の効果を取り入れることでイラストバンドを再現できること，三軸非対称変形の効果を取り入れなければガンマバンドを再現できないことを確認した。
その他の成果として，質量数130領域，および質量数190領域の原子核について，核子固有の電気双極子モーメントにより生じるシッフモーメントを計算し，中性原子の電気双極子モーメントの評価を行った。
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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
本研究では令和４年度において，質量数100領域の原子核構造の数値解析，およびニュートリノを放出しない二重ベータ崩壊の核行列要素の計算を行う計画であった。現段階では，これまで核子対殻模型でしか計算できなかった質量数100領域の原子核に対して，殻模型計算の数値解析を実行することを可能にして，原子核の励起メカニズムを明らかにしている。ただ，二重ベータ崩壊の計算は行っておらず，予定よりも遅れている。一方で，次年度以降に予定されていた，生成座標法による原子核構造の数値解析は進んでおり，研究はおおむね順調に進展している。
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| Strategy for Future Research Activity |
本研究では令和５年度において，質量数100領域のベータ崩壊の数値解析を目指す。この領域のジルコニウム，ルテニウム原子核に対しては既に殻模型計算を行い，原子核の励起メカニズムを明らかにしている。この計算で得られた精密な波動関数を用いて，モリブデン100原子核の二重ベータ崩壊の核行列要素を評価する。さらに本研究では，質量数150領域の原子核構造を解明することを計画している。この領域の原子核を計算するための計算コードの改良は行っており，質量数150領域の有効相互作用を決定する段階である。偶偶核・奇核・奇奇核のエネルギー準位・電磁遷移の実験値を同時に再現するように相互作用を決定し，核子対殻模型の波動関数を詳細に解析することで原子核構造を明らかにする。
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Report
(1 results)
Research Products
(5 results)
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[Presentation] 変形進化と変形共存～中性子過剰核140Iの基底状態とアイソマーのβ崩壊による140Xeの核構造研究2022
Author(s)
小田原厚子, 八木彩祐未, 西畑洸希, B, R. Lozeva, D, C.-B. Moon, 西村俊二, 吉田賢市, 吉永尚孝, 渡邊千夏, 東山幸司, EURICA collaboration
Organizer
日本物理学会2022年秋季大会
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