核物質中の原子核クラスター形成に関する物理的、化学的アプローチ

• Project Area: Clustering as a window on the hierarchical structure of quantum systems
• Project/Area Number: 19H05140
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Review Section: Science and Engineering
• Research Institution: Hokkaido University
• Principal Investigator: 堀内 渉 北海道大学, 理学研究院, 講師 (00612186)
• Project Period (FY): 2019-04-01 – 2021-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2020)
• Budget Amount: ¥2,990,000 (Direct Cost: ¥2,300,000、Indirect Cost: ¥690,000); Fiscal Year 2020: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000); Fiscal Year 2019: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000)
• Keywords: 原子核クラスター / 少数体量子力学 / ポーラロン / 少数核子系 / ポーラロン描像

Outline of Research at the Start

原子核は陽子と中性子からなる自己束縛系ですが、その内部ではしばしばクラスターと呼ばれる強く束縛した部分系が発現します。近年、原子核内のみならず、中性子星のような高密度天体においてもその役割が注目され、核物質の性質への影響が議論されています。中性子星の内部では物質密度の違いにより、多様な物質相が現れると考えられており、そのような環境下におけるクラスター形成について理論的な研究を行います。

Outline of Annual Research Achievements

原子核は陽子と中性子からなる自己束縛系であるが、その内部にはしばしばクラスターと呼ばれる強く束縛した部分系が形成される。近年、原子核内のみならず、中性子星のような高密度天体においてもその役割が注目され、核物質の性質への影響が議論されている。中性子星の内部では物質密度の違いにより、多様な 物質相が現れると考えられており、そのような環境下におけるクラスター形成について理論的な研究を行う。本研究計画は核媒質中における軽い原子核クラスターの役割を、物理的・化学的両側面のアプローチによって明らかにし、物質中におけるクラスター発現・消滅現象の普遍的な理解を目指す。信頼のおける評価の為、高精度少数体計算を実行し、様々な環境下での少数体系の束縛エネルギーの密度依存性を調べる （物理的アプローチ）。同時にポーラロン描像を用いた化学的アプローチによって、クラスターの有効質量変化を評価し、核媒質-クラスター間及び核媒質中クラスター間相互作用についての知見を得る。
本年度は恒星中で実現されると考えられている熱プラズマ環境中におけるアルファクラスター状態についての知見が得られた。炭素合成において決定的な役割を果たすトリプルアルファ反応において、熱プラズマ中で引き起こされるクーロン遮蔽の効果を原子核状態の有限サイズ効果を取り入れつつ評価した。同時に化学的アプローチによる解析を進め、アルファ粒子－核子間ポテンシャルを基に、一様核媒質中における有効質量変化の評価を行った。これらの結果は誌上論文としてまとめられている。得られた成果を発展させ、中性子物質中のアルファクラスターの存在についての新たな研究を進めており、現在論文としてまとめているところである。

Research Progress Status

令和2年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和2年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Int'l Joint Research] パドヴァ大学(イタリア)
• [Int'l Joint Research] サンパウロ州立大学(ブラジル)
• [Int'l Joint Research] ブリュッセル自由大学(ベルギー)
• [Int'l Joint Research] パドヴァ大学(イタリア)
• [Int'l Joint Research] リヨン大学(フランス)
• [Journal Article] Coulomb screening correction to the Q value of the triple-alpha process in thermal plasmas (2020)
  • Author(s): Phyu Lai Hnin、Moriya H、Horiuchi W、Iida K、Noda K、Yamashita M T
  • Journal Title: Progress of Theoretical and Experimental Physics Volume: 2020 Issue: 9 Pages: 1-12
  • DOI: 10.1093/ptep/ptaa093
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Quasiparticle properties of a single α particle in cold neutron matter (2020)
  • Author(s): Nakano Eiji、Iida Kei、Horiuchi Wataru
  • Journal Title: Physical Review C Volume: 102 Issue: 5 Pages: 1-8
  • DOI: 10.1103/physrevc.102.055802
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Two-neutron halo structure of 31F and a novel pairing antihalo effec (2020)
  • Author(s): Hiroshi Masui, Wataru Horiuchi, Masaaki Kimura
  • Journal Title: Phys. Rev. C Volume: 101 Issue: 4 Pages: 1-6
  • DOI: 10.1103/physrevc.101.041303
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Exploring two-neutron halo formation in the ground state of F29 within a three-body model (2020)
  • Author(s): Singh Jagjit、Casal J.、Horiuchi W.、Fortunato L.、Vitturi A.
  • Journal Title: Physical Review C Volume: 101 Issue: 2 Pages: 1-7
  • DOI: 10.1103/physrevc.101.024310
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] The 29F nucleus as a lighthouse on the coast of the island of inversion (2020)
  • Author(s): Fortunato L.、Casal J.、Horiuchi W.、Singh Jagjit、Vitturi A.
  • Journal Title: Communications Physics Volume: 3 Issue: 1 Pages: 1-5
  • DOI: 10.1038/s42005-020-00402-5
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Electric dipole response of low-lying excitations in the two-neutron halo nucleus F29 (2020)
  • Author(s): Casal J.、Singh Jagjit、Fortunato L.、Horiuchi W.、Vitturi A.
  • Journal Title: Physical Review C Volume: 102 Issue: 6 Pages: 1-16
  • DOI: 10.1103/physrevc.102.064627
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Impact of uncertainties of unbound 10Li on the ground state of two-neutron halo 11Li (2020)
  • Author(s): Singh Jagit、Horiuchi Wataru
  • Journal Title: SciPost Physics Proceedings Volume: 3 Issue: 3 Pages: 1-9
  • DOI: 10.21468/scipostphysproc.3.007
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Electric-dipole transitions in 6Li with a fully microscopic six-body calculation (2020)
  • Author(s): Horiuchi Wataru、Satsuka Shuji
  • Journal Title: SciPost Physics Proceedings Volume: 3 Issue: 3 Pages: 1-10
  • DOI: 10.21468/scipostphysproc.3.022
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Three-body correlations in mesonic-atom-like systems (2020)
  • Author(s): Moriya Hajime、Horiuchi Wataru、Richard Jean-Marc
  • Journal Title: SciPost Physics Proceedings Volume: 3 Issue: 3 Pages: 1-9
  • DOI: 10.21468/scipostphysproc.3.051
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Two-neutron correlations in a Borromean system 20C+n+n: Sensitivity of unbound subsystems (2019)
  • Author(s): Singh Jagjit, Horiuchi W., Fortunato L., Vitturi A.
  • Journal Title: Few-Body Systems Volume: 60 Issue: 3
  • DOI: 10.1007/s00601-019-1518-8
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Emergence of nuclear clustering in electric-dipole excitations of Li6 (2019)
  • Author(s): Satsuka S.、Horiuchi W.
  • Journal Title: Physical Review C Volume: 100 Issue: 2
  • DOI: 10.1103/physrevc.100.024334
  • Peer Reviewed
• [Presentation] Coulomb screening effect on the Hoyle state energy in thermal plasmas (2021)
  • Author(s): Lai Hnin Phyu, H. Moriya, W. Horiuchi, K. Iida, K. Noda, and M. T. Yamashita
  • Organizer: Yamada Conference LXXII: The 8th Asia-Pacific Conference on Few-Body Problems in Physics
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Three-alpha configurations in the spectrum of 12C (2021)
  • Author(s): H. Moriya, W. Horiuchi, J. Casal, and L. Fortunato
  • Organizer: Yamada Conference LXXII: The 8th Asia-Pacific Conference on Few-Body Problems in Physics
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Two-neutron halo structure and anti-halo effect in 31F (2021)
  • Author(s): H. Masui, W. Horiuchi, and M. Kimura
  • Organizer: Yamada Conference LXXII: The 8th Asia-Pacific Conference on Few-Body Problems in Physics
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Three-body description of neutron dripline nuclei (2021)
  • Author(s): J. Singh, J. Casal, W. Horiuchi, L. Fortunato, and A. Vitturi
  • Organizer: Yamada Conference LXXII: The 8th Asia-Pacific Conference on Few-Body Problems in Physics
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 冷たい中性子物質におけるアルファ粒子の準粒子描像 (2021)
  • Author(s): 仲野英司，飯田圭, 堀内渉
  • Organizer: 日本物理学会第76回年次大会
• [Presentation] Energy shifts of a three-alpha system in thermal plasmas (2020)
  • Author(s): W. Horiuchi, K. Iida, H. Moriya, Lai Hnin Phyu, K. Noda, and M. T. Yamashita
  • Organizer: The 3rd Symposium on Clustering as a window on the hierarchical structure of quantum systems
• [Presentation] 熱プラズマ中の３アルファ系におけるクーロン遮蔽効果 (2020)
  • Author(s): Lai Hnin Phyu，森谷元，○堀内渉，飯田圭，野田佳那，Marcelo Takeshi Yamashita
  • Organizer: 日本物理学会2020年秋季大会
• [Presentation] 直交条件模型による炭素12におけるアルファ粒子の幾何学的配位 (2020)
  • Author(s): 森谷元，堀内渉
  • Organizer: 日本物理学会2020年秋季大会
• [Presentation] 31F での新しいAnti-Halo 形成 (2020)
  • Author(s): 升井洋志，堀内渉，木村真明
  • Organizer: 日本物理学会2020年秋季大会
• [Presentation] Two-neutron halo formation in the ground-state of 29F (2020)
  • Author(s): Jagjit Singh, Jes´us Casal, Wataru Horiuchi, Lorenzo Fortunato, and Andrea Vitturi
  • Organizer: 日本物理学会2020年秋季大会
• [Presentation] Modification of spin components in light nuclei induced by the tensor correlations (2020)
  • Author(s): Horiuchi W.
  • Organizer: REIMEI workshop at ASRC/JAEA "Universal features of quantum flows with spin, orbital and tensor interactions"
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Electric-dipole transitions in 6Li with a fully microscopic six-body calculation (2019)
  • Author(s): Horiuchi W., Satsuka S.
  • Organizer: The 24th European Conference on Few-Body Problems in Physics (EFB2019)
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Many-body correlations in nuclear systems studied with few-body models (2019)
  • Author(s): Horiuchi W.
  • Organizer: Mini-workshop on "Clustering physics and few-body approaches for tensor correlations"
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Remarks] 北海道大学原子核理論研究室
  • URL: http://nucl.sci.hokudai.ac.jp/tnpl
• [Remarks] 北海道大学原子核理論研究室
  • URL: http://nucl.sci.hokudai.ac.jp/tnpl/