r過程中性子捕獲反応における超流動性と共鳴状態の役割の解明

Research Project

Project/Area Number	23K13104
Research Category	Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
Allocation Type	Multi-year Fund
Review Section	Basic Section 15010:Theoretical studies related to particle-, nuclear-, cosmic ray and astro-physics
Research Institution	Oita University
Principal Investigator	小林良彦大分大学, 教育学部, 講師 (30815353)
Project Period (FY)	2023-04-01 – 2027-03-31
Project Status	Granted (Fiscal Year 2023)
Budget Amount *help	¥2,730,000 (Direct Cost: ¥2,100,000、Indirect Cost: ¥630,000) Fiscal Year 2025: ¥780,000 (Direct Cost: ¥600,000、Indirect Cost: ¥180,000) Fiscal Year 2024: ¥780,000 (Direct Cost: ¥600,000、Indirect Cost: ¥180,000) Fiscal Year 2023: ¥1,170,000 (Direct Cost: ¥900,000、Indirect Cost: ¥270,000)
Keywords	中性子過剰核 / 準粒子共鳴 / 中性子捕獲反応 / 座標空間表示HFB理論 / r過程
Outline of Research at the Start	鉄より重い元素の多くはr過程と呼ばれる元素合成により生まれた。r過程の内実は中性子過剰核の高速な中性子捕獲反応である。したがって、元素の起源を解明するためには、中性子過剰核の性質解明と中性子捕獲反応の分析が不可欠となる。本研究では、座標空間表示Hartree-Fock-Bogoliubov理論および量子散乱理論を基盤とした中性子捕獲反応理論を構築し、超流動性と共鳴状態（1粒子共鳴と準粒子共鳴）が中性子捕獲反応に及ぼす効果について解析的・数値的に解明する。また、構築した理論を中性子捕獲反応の逆過程である分解反応へ応用し、実験研究との比較を行うことで理論の妥当性を検証する。
Outline of Annual Research Achievements	本研究の目的は、重い元素の起源となるr過程中性子捕獲反応における超流動性および共鳴状態の役割を理論的に解明することである。特に、超流動性によって生ずる新奇共鳴状態「準粒子共鳴」の効果について詳らかにすることを目指す。研究期間初年度である2023年度には、超流動性と共鳴状態を扱える座標空間表示Hartree-Fock-Bogoliubov理論を用いて、二つの点について進展があった。 1. 21C（炭素21）の分解反応（21C→20C+n）の崩壊スペクトルを理論的に分析し、準粒子共鳴が崩壊スペクトル中にピーク構造をもたらすことを明らかにした。また、理化学研究所RIBFで得られた21Cの実験データを理論計算により定性的に説明することにも成功した。加えて、この研究成果を学術論文として発表することもできた。 2. 超流動性の効果の下で、散乱準粒子波動関数が電磁遷移をし、束縛状態の準粒子波動関数となる中性子捕獲反応を計算する数値計算コードを開発した。
Current Status of Research Progress	Current Status of Research Progress 2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned. Reason 計画当初は、初年度のうちに中性子捕獲反応における超流動性と共鳴状態（1粒子共鳴・準粒子共鳴）の効果を分析する段階まで研究を進める予定であったが、結果としてその段階までは至れなかった。しかしながら、上記研究実績に書いた通り、2023年度は分解反応の崩壊スペクトルにおける準粒子共鳴の性質について明らかにすることができ、かつ、超流動性の効果の下での中性子捕獲反応を記述する数値計算コードの開発を行うことができた。よって、達成度を「おおむね順調に進展している」と評価した。
Strategy for Future Research Activity	まずは、開発した数値計算コードを用いて、中性子捕獲反応における超流動性と共鳴状態（1粒子共鳴・準粒子共鳴）の効果を分析する。分析対象は先行研究でも扱われている中性子過剰ニッケル（Ni）同位体および中性子過剰スズ（Sn）同位体の中性子捕獲反応とする予定である。また平行して、井戸型ポテンシャルなどの簡便なモデルを用いた解析的な分析を行い、超流動性の効果の下での中性子捕獲反応の特徴の理解深化を試みる。