原子核におけるアルファクラスター発現の第一原理的研究

• Project Area: Clustering as a window on the hierarchical structure of quantum systems
• Project/Area Number: 21H00117
• 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: The University of Tokyo
• Principal Investigator: 大塚 孝治 東京大学, 大学院理学系研究科(理学部), 名誉教授 (20201379)
• 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: アルファクラスター / 殻模型 / モンテカルロ殻模型 / 原子核の変形形状 / 原子核構造 / ホイル状態 / 炭素原子核 / 第一原理計算 / コア無し殻模型計算 / モンテカルロから模型計算 / 炭素１２原子核 / モンテカルロ殻摸型 / 炭素１２

Outline of Research at the Start

原子核におけるクラスター形成をベリリウムのアイソトープ、及び、炭素12に対してモンテカルロ殻模型により研究する。殻模型は実験室系での物理的情報を与えるが、クラスター形成は原子核とともに動く内部固有座標系でないと見えてこない。最近研究代表者らによって開発された方法によりそれを実現する。炭素12に関しては、クラスターの三角形配置や線型配置の現れ方を、ホイル状態（２番目の 0+ 状態）も含め、原子核の楕円体変形にも関連させて明らかにする。この研究で入力として用いる波動関数は、十分な相関が含まれ、また、クラスター構造を前提にしないで得られたものなので、中立的な立場から以上の研究を進めることになる。

Outline of Annual Research Achievements

令和４、５年度の研究活動のハイライトは令和４年４月に本研究計画による論文が出版されたことである。出版された学術誌は Nature Communications で、４月２７日付でオンライン出版された。この論文のインパクトは大きく、令和６年５月の時点で、Nature Spinger 社提供の情報では論文としての被引用回数は２５回で、６３８８回のオンラインアクセスをいただいている。重視すべきではないかもしれないが、Altmetric は152となっている。Google Schalor での被引用回数も４２であり、出版が令和４年４月であることを考えるとかなり高い水準である。引用とは別に、内容的な評価も高く、理化学研究所の「科学道」に紹介され、また、共著者の阿部と大塚は理化学研究所の梅峰賞をこの論文の出版により受賞した。論文の学術的な方向は、まさに本研究計画の目指すものと一致している。ただし、得られた知見は、この新学術研究科学研究費が全体として想定していたものとは異なる。すなわち、ゆるく束縛された場合にクラスター現象が普遍的に起きることを立証しようとしていたようであるが、少なくとも原子核のアルファクラスター形成はゆるい束縛を必要とはせず、核子を束ねている核力がそれを引き起こすからであることを示した。これは画期的な成果であり、著者以外の第３者によって国際会議などでもしばしば紹介されていると聞く。本研究計画の代表者である大塚は、令和４年度から５年度にかけて、主に海外でそれに関する招待講演を行い、また、様々なグループと議論を行った。令和４年度から５年度にかけてさらに研究を進めている。関連するテーマである、原子核の変形形状の研究も大きな進展を見た。現在成果をまとめている段階であるが、７０年近く信じられてきた、ノーベル賞の対象でもあった理論に修正が必要である、という重いメッセージとなった。

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

• [Int'l Joint Research] アイオワ大学(米国)
• [Int'l Joint Research] アイオワ州立大学(米国)
• [Int'l Joint Research] ハイデルベルグ大学/ダルムシュタット工科大学(ドイツ)
• [Journal Article] Shell evolution and emerging paradigm changes (2023)
  • Author(s): Otsuka Takaharu
  • Journal Title: Journal of Physics: Conference Series Volume: 2586 Issue: 1 Pages: 012092-012092
  • DOI: 10.1088/1742-6596/2586/1/012092
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Configuration Interaction Approach to Atomic Nuclei: The Shell Model (2023)
  • Author(s): Tsunoda Yusuke、Otsuka Takaharu
  • Journal Title: Handbook of Nuclear Physics Volume: 1 Pages: 2179-2227
  • DOI: 10.1007/978-981-19-6345-2_17
  • ISBN: 9789811963445, 9789811963452
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] First observation of 28O (2023)
  • Author(s): Kondo Y. et al.
  • Journal Title: Nature Volume: 620 Issue: 7976 Pages: 965-970
  • DOI: 10.1038/s41586-023-06352-6
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Coulomb excitation of 74,76Zn (2023)
  • Author(s): Illana A.、他
  • Journal Title: Physical Review C Volume: 108 Issue: 4 Pages: 044305-044305
  • DOI: 10.1103/physrevc.108.044305
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Intruder configurations in 29Ne at the transition into the island of inversion: Detailed structure study of 28Ne (2023)
  • Author(s): H. Wang, M. Yasuda, Y. Kondo, T. Nakamura, J. A. Tostevin, K. Ogata, T. Otsuka, A. Poves, N. Shimizu, K. Yoshida et al.
  • Journal Title: Physics Letters B Volume: 843 Pages: 138038-138038
  • DOI: 10.1016/j.physletb.2023.138038
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Level structures of 56,58Ca cast doubt on a doubly magic 60Ca (2023)
  • Author(s): S. Chen, F. Browne, P. Doornenbal, J. Lee, A. Obertelli, Y. Tsunoda, T. Otsuka, Y. Chazono, G. Hagen, J. D. Holt, G. R. Jansen, K. Ogata, N. Shimizu, Y. Utsuno, K. Yoshida et al.
  • Journal Title: Physics Letters B Volume: 843 Pages: 138025-138025
  • DOI: 10.1016/j.physletb.2023.138025
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Study of the N = 32 and N = 34 Shell Gap for Ti and V by the First High-Precision Multireflection Time-of-Flight Mass Measurements at BigRIPS-SLOWRI (2023)
  • Author(s): Iimura S.、Rosenbusch M.、Takamine A.、Tsunoda Y.、Wada M.、Chen S.、Hou D.S.、Xian W.、Ishiyama H.、Yan S.、Schury P.、Crawford H.、Doornenbal P.、Hirayama Y.、Ito Y.、Kimura S.、Koiwai T.、Kojima T.M.、Koura H.、Lee J.、Liu J.、Michimasa S.、Miyatake H.、Moon J.Y.、Naimi S.、Nishimura S. et al.
  • Journal Title: Physical Review Letters Volume: 130 Issue: 1 Pages: 1-6
  • DOI: 10.1103/physrevlett.130.012501
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] α-Clustering in atomic nuclei from first principles with statistical learning and the Hoyle state character (2022)
  • Author(s): Otsuka T.、Abe T.、Yoshida T.、Tsunoda Y.、Shimizu N.、Itagaki N.、Utsuno Y.、Vary J.、Maris P.、Ueno H.
  • Journal Title: Nature Communications Volume: 13 Issue: 1 Pages: 2234-2234
  • DOI: 10.1038/s41467-022-29582-0
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Proton Distribution Radii of 16-24O: Signatures of New Shell Closures and Neutron Skin (2022)
  • Author(s): Kaur S.、Kanungo R.、Horiuchi W.、Hagen G.、Holt J.D.、Hu B. S.、Miyagi T.、Suzuki T.、Ameil F.、Atkinson J.、Ayyad Y.、Bagchi S.、et al.
  • Journal Title: Physical Review Letters Volume: 129 Issue: 14 Pages: 142502-142502
  • DOI: 10.1103/physrevlett.129.142502
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Emerging Concepts in Nuclear Structure Based on the Shell Model (2022)
  • Author(s): T. Otsuka
  • Journal Title: Physics Volume: 4 Issue: 1 Pages: 258-285
  • DOI: 10.3390/physics4010018
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Presentation] Prevailing triaxiality driven by the tensor force (2023)
  • Author(s): Takaharu Otsuka
  • Organizer: VI Topical Workshop on Modern Aspects in Nuclear Structure
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Shell model and Hoyle state (2023)
  • Author(s): Takaharu Otsuka
  • Organizer: Nuclear Tapas conference
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Shape coexistence and triaxiality: all that matters for rotational bands in heavy nuclei (2023)
  • Author(s): Takaharu Otsuka
  • Organizer: Shape Coexistence workshop
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Prevailing triaxial shapes in exotic and heavy nuclei (2023)
  • Author(s): Takaharu Otsuka
  • Organizer: Advances in Radioactive Isotope Science (ARIS) conference
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Nuclear paradigms superseded after 70+ years thanks to supercomputing on K and FUGAKU (2023)
  • Author(s): Takaharu Otsuka
  • Organizer: 34th IUPAP Conference on Computational Physics
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Triaxiality and shape coexistence as basic modes of collective bands of heavy nuclei (2023)
  • Author(s): Takaharu Otsuka
  • Organizer: International Conference on Capture Gamma-ray and related topics
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Legend and Prospects of the Tensor Force in Nuclei (2023)
  • Author(s): Takaharu Otsuka
  • Organizer: Nuclear Physics in the 2020s and Beyond
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Nuclear landscape in the 2020’s (2023)
  • Author(s): Takaharu Otsuka
  • Organizer: The 3rd Nuclear Physics School for Young Scientists
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Cluster structure of atomic nuclei from ab initio perspectives (2023)
  • Author(s): 大塚孝治
  • Organizer: 第８回クラスター階層領域研究会
  • Invited
• [Presentation] 炭素１２の第一原理計算とホイル状態 (2022)
  • Author(s): 大塚孝治
  • Organizer: RCNP研究会「原子核反応研究の最近の話題と展望」
• [Presentation] Emerging concepts in nuclear structure based on the shell model (2022)
  • Author(s): Takaharu Otsuka
  • Organizer: Symposium “Frontiers in Nuclear Structure Theory”
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Shell evolution and emerging paradigm changes (2022)
  • Author(s): Takaharu Otsuka
  • Organizer: International Nuclear Physics Conference
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Knocking out nucleons and alphas to see novel nuclear structures (2022)
  • Author(s): Takaharu Otsuka
  • Organizer: REIMEI workshop in Darmstadt
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Prevailing triaxiality in nuclear shapes (2022)
  • Author(s): Takaharu Otsuka
  • Organizer: ZAKOPANE 2022 Conference on Nuclear Physics
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] What locates neutron driplines ? (2022)
  • Author(s): Takaharu Otsuka
  • Organizer: Direct Reactions with Exotic Beams (DREB) conference
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Prevailing triaxiality in heavy deformed nuclei and possible experimental observation by M1 excitation (2022)
  • Author(s): 大塚孝治
  • Organizer: SFB workshop
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Triaxial ellipsoids probed by the RHC and possible paradigm change in nuclear structure (2022)
  • Author(s): 大塚孝治
  • Organizer: EMMI RRTF workshop, Heidelberg
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Untold story of the Hoyle state - first ab initio calculation of 12C - (2022)
  • Author(s): 大塚孝治
  • Organizer: CLUSHIQ2022
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Book] Handbook of Nuclear Physics (2023)
  • Author(s): Y. Tsunoda and T. Otsuka
  • Total Pages: 49
  • Publisher: Springer
  • ISBN: 9789811963452
• [Remarks] James P. Vary
  • URL: https://faculty.sites.iastate.edu/jvary/