光核反応からのクラスター崩壊の理論研究と最高エネルギー宇宙線への応用

• Project Area: Clustering as a window on the hierarchical structure of quantum systems
• Project/Area Number: 21H00113
• 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: Institute of Physical and Chemical Research (2022); Hokkaido University (2021)
• Principal Investigator: 木村 真明 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, 室長 (50402813)
• Project Period (FY): 2021-04-01 – 2023-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2022)
• Budget Amount: ¥2,600,000 (Direct Cost: ¥2,000,000、Indirect Cost: ¥600,000); Fiscal Year 2022: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000); Fiscal Year 2021: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000)
• Keywords: 光核反応 / 巨大共鳴 / アルファ崩壊 / 高エネルギー宇宙線 / クラスター崩壊 / クラスター / 宇宙線

Outline of Research at the Start

最高エネルギー宇宙線は、1020eVにも至るエネルギーで地球に飛来しているが、そうした高エネルギーの原子核が宇宙のどこで、どのように生成されているのかは、全くわかっていない。そこで本研究では、原子核と光の反応、及びそれに伴って起こるクラスター崩壊を研究し、宇宙線の銀河間伝播をシミュレートすることで、最高エネルギー宇宙線の発生源に迫る。

Outline of Annual Research Achievements

実時間発展法と反対称化分子動力学の波動関数を組み合わせた数値計算を行うことで、13CのE1巨大共鳴の強度分布を求めた。実験および殻模型、RPAによる計算との比較を行い、何れの理論計算も実験をある程度説明することを確認し、結果を誌上論文として発表した。同様の解析を, 12Cについても行った、さらに、巨大共鳴からの粒子崩壊の確率を見積もり、12Cと13Cの場合を比較した。その結果、12Cではアイソスピンの選択則によって、α崩壊の確率が13Cと比較してかなり抑制されることを示した。これらの新しい成果は、今後論文として発表予定である。さらに、巨大共鳴とそのクラスター崩壊に関する実験、理論の研究プロジェクトについて、レビュー論文を共同執筆し出版した。
また、反対称化分子動力学（AMD）とラブラス展開法を用いて、中性子過剰核でのαクラスター形成の確率を求めた。中性子過剰なBe, B同位体では、予想に反してαクラスターの形成確率が増加しないことを見出した。その原因は余剰中性子によって、α粒子以外のクラスターが形成されるためであり、α粒子以外のクラスターも含めたクラスター形成確率を定義すると、中性子ドリップラインに向かって増加傾向が見られることを指摘した。この結果は、今後の実験計画の指針を与えるものであり、誌上論文のほか、国際会議での招待講演で発表した。また、本研究領域が最終年度であることから、採択期間中に得られた成果について、国際研究会において総合報告を行った。

Research Progress Status

令和4年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和4年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] Photoneutron emission cross sections for 13C (2024)
  • Author(s): Utsunomiya H.、Goriely S.、Kimura M.、Shimizu N.、Utsuno Y.、Tveten G. M.、Renstr?m T.、Ari-izumi T.、Miyamoto S.
  • Journal Title: Physical Review C Volume: 109 Issue: 1 Pages: 1-7
  • DOI: 10.1103/physrevc.109.014617
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Microscopic study of the deformed neutron halo of 31Ne (2023)
  • Author(s): Takatsu R.、Suzuki Y.、Horiuchi W.、Kimura M.
  • Journal Title: Physical Review C Volume: 107 Issue: 2 Pages: 1-10
  • DOI: 10.1103/physrevc.107.024314
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Evaluations of uncertainties in simulations of propagation of ultrahigh-energy cosmic-ray nuclei derived from microscopic nuclear models (2023)
  • Author(s): Kido E.、Inakura T.、Kimura M.、Kobayashi N.、Nagataki S.、Shimizu N.、Tamii A.、Utsuno Y.
  • Journal Title: Astroparticle Physics Volume: 152 Pages: 102866-102866
  • DOI: 10.1016/j.astropartphys.2023.102866
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] PANDORA Project for the study of photonuclear reactions below A = 60 (2023)
  • Author(s): A. Tamii,,,,T.Suda,,,, et al.
  • Journal Title: European Physics Journal Volume: A59 Issue: 9 Pages: 208-208
  • DOI: 10.1140/epja/s10050-023-01081-w
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Microscopic calculations of 6He and 6Li with real-time evolution method (2022)
  • Author(s): Zhao Q.、Zhou B.、Kimura M.、Motoki H.、Shin Seung-heon
  • Journal Title: The European Physical Journal A Volume: 58 Issue: 2 Pages: 25-30
  • DOI: 10.1140/epja/s10050-021-00648-9
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Description of isospin mixing by a generator coordinate method (2022)
  • Author(s): Kimura M.、Suzuki Y.、Baba T.、Taniguchi Y.
  • Journal Title: Physical Review C Volume: 105 Issue: 1
  • DOI: 10.1103/physrevc.105.014311
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Shape of 13C studied by the real-time evolution method (2021)
  • Author(s): Shin S.、Zhou B.、Kimura M.
  • Journal Title: Physical Review C Volume: 103 Issue: 5
  • DOI: 10.1103/physrevc.103.054313
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Presentation] Cluster formation around the neutron drip-line (2023)
  • Author(s): Masaaki Kimura
  • Organizer: Direct reactions and spectroscopy with hydrogen targets: past 10 years at the RIBF and future prospects
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Alpha cluster formation at the surface of nuclei revisited (2023)
  • Author(s): Masaaki Kimura
  • Organizer: 第9回クラスター階層領域研究会
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] 生成座標法によるアイソバリックアナログ状態とアイソスピン混合の記述 (2021)
  • Author(s): 木村真明
  • Organizer: 日本物理学会2021年秋季大会