| Project/Area Number |
22K14031
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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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 | Institute of Physical and Chemical Research (2023)
The University of Tokyo (2022) |
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Principal Investigator |
柳瀬 宏太 国立研究開発法人理化学研究所, 仁科加速器科学研究センター, 基礎科学特別研究員 (50844817)
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| Project Period (FY) |
2022-04-01 – 2025-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥4,420,000 (Direct Cost: ¥3,400,000、Indirect Cost: ¥1,020,000)
Fiscal Year 2024: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000)
Fiscal Year 2023: ¥910,000 (Direct Cost: ¥700,000、Indirect Cost: ¥210,000)
Fiscal Year 2022: ¥2,080,000 (Direct Cost: ¥1,600,000、Indirect Cost: ¥480,000)
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| Keywords | 原子核構造 / CP対称性の破れ / 電気双極子モーメント / 原子核シッフモーメント / 原子核殻模型 / 八重極変形 / シッフモーメント |
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| Outline of Research at the Start |
素粒子の標準模型では物質と反物質の対称性であるCP対称性の破れが小さいため、現在の宇宙に反物質がほとんど存在しないことを説明できない。CP対称性の破れを探る有力な手段の一つに、原子の電気双極子モーメント（原子EDM）の探索が挙げられる。もしCP対称性を破る相互作用が存在すれば、「原子核シッフモーメント」と呼ばれる量を通じて原子EDMが生じる。特に、ラジウムなど八重極変形した原子核では、シッフモーメントが大きく増幅されることが期待されている。本研究では、殻模型やモンテカルロ殻模型を用いた原子核多体計算により原子核シッフモーメントを精密に評価し、理想的な増幅が起こるかどうかを明らかにする。
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| Outline of Annual Research Achievements |
ジルコニウム(Zr)同位体およびその周辺の原子核では、異なる四重極変形状態が低エネルギーで複数現れる現象（変形共存）に加えて、顕著な八重極相関が観測されている。本研究では、準粒子真空殻模型を用いてKr, Sr, Zr, Mo, Ruの同位体の系統的な計算を行い、これらの原子核を統一的に記述する有効相互作用を構築した。本研究の意義として、これら多様な原子核構造とそのメカニズムを明らかにすることに加えて、標準模型を超える基本理論への貢献が期待される。
例えば、四重極変形の様子はニュートリノを放出しない二重ベータ崩壊の原子核行列要素に大きく影響することが示唆されているほか、八重極相関はシッフモーメントの増幅を起こすことが期待されている。そのため、原子核の変形・振動状態を微視的に記述することにより、これらの物理量を精密に予言することが可能となる。
四重極変形共存については、ZrやSrでは球形核から変形核への明瞭な転移がみられるのに対して、Kr, Mo, Ruでは比較的緩やかな転移が起こる。殻模型計算の結果、ZrやSrでは変形度の大きく異なる状態が共存しており、それらが入れ替わることによって転移が起こる一方、MoやRuでは変形度の近い状態が強く混ざり合って共存することで、緩やかな転移が起こることを示した。
これらの描像は低エネルギー励起状態の励起エネルギーや、状態間の電磁遷移強度に反映される。近年これらの量を測定する実験研究も進展しており、計算結果を用いた解析により変形共存についての具体的な理解が進んでいる。
本研究では、中性子過剰なバリウム同位体など別の領域の原子核についても系統的な殻模型計算を行っており、八重極相関を記述する有効相互作用の構築を進めている。
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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
Zr同位体の計算については、殻模型計算の範囲を当初予定していたZrだけでなく、MoやRuなど周辺の原子核にまで広げた。これにより有効相互作用の構築には計画以上の時間がかかったが、その結果、元素ごとに特徴の異なる変形共存状態を統一的に記述することが可能となった。この枠組みを用いて、近年得られたガンマ線核分光の実験結果の解析を進めている。これまでに計算を行った原子核には、96Zr,96Mo,100Mo,100Ruといったニュートリノ二重ベータ崩壊が期待される核種が含まれており、原子核行列要素の精密計算に向けた準備が整ったといえる。
また、八重極相関についてもZr同位体などで現れる特徴的なネガティブパリティ状態の励起エネルギーおよび基底状態への電磁遷移確率の実験値を再現しており、八重極相関状態の微視的な記述が得られている。
一方、CP対称性の破れに関係する原子核シッフモーメントについては、シッフモーメントの増幅が期待されるバリウム同位体についての統一的な有効相互作用の構築にはまだ至っていない。現時点では、八重極相関を増幅する核子間の八重極相互作用を導入し、その強度を調整することでネガティブパリティ状態の励起エネルギーを系統的に下げることが示されている。
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| Strategy for Future Research Activity |
Zr周辺核については、これまでに得られた四重極変形共存や八重極相関状態について、詳細な解析を行う。これには波動関数を用いた微視的な解析に加えて、原子核の巨視的な描像を理解するための解析も含まれている。これにより、さまざまな四重極変形状態における微視的・巨視的な構造を明らかにすることで、四重極変形共存が起こるメカニズムの解明に役立つと期待される。
また、得られた波動関数を持ちいて、96Zrと100Moについてニュートリノ二重ベータ崩壊の原子核行列要素を評価する。別の核種において、核行列要素は変形状態の詳細に強く依存することが示されており、核行列要素の精密な評価には変形状態についての精密な記述が必要となる。本研究で扱うZrおよびMoのケースにおいても、ガンマ線核分光の実験結果を用いた変形状態についての詳細な解析のうえ、変形状態と核行列要素との関係を議論する。
Ba周辺核については、まず有効相互作用の改良を進め、シッフモーメントの精密評価を目指す。Zr周辺核の計算により、変形度や変形共存の詳細は、一粒子状態や一粒子状態の動的なふるまいを決めるモノポール相互作用の影響を強く受けることが分かっている。Ba周辺核では、これに加えて付加的な八重極相互作用を導入することで、八重極相関状態を統一的に記述する有効相互作用を構築する。そのうえで、準粒子真空殻模型計算により、基底状態とシッフモーメントの増幅に寄与するパリティ・ダブレット状態の波動関数を求め、シッフモーメントを評価する。
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