Search for the alpha condensed state in 20Ne nucleus by using a new gas target system

Publicly Offered Research

Project Area	Clustering as a window on the hierarchical structure of quantum systems
Project/Area Number	21H00123
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	Tohoku University
Principal Investigator	足立智東北大学, サイクロトロン・ラジオアイソトープセンター, 助教 (60838126)
Project Period (FY)	2021-04-01 – 2023-03-31
Project Status	Granted (Fiscal Year 2022)
Budget Amount *help	¥6,500,000 (Direct Cost: ¥5,000,000、Indirect Cost: ¥1,500,000) Fiscal Year 2022: ¥3,250,000 (Direct Cost: ¥2,500,000、Indirect Cost: ¥750,000) Fiscal Year 2021: ¥3,250,000 (Direct Cost: ¥2,500,000、Indirect Cost: ¥750,000)
Keywords	アルファ凝縮状態 / ガス標的 / 半導体検出器 / シリコン検出器
Outline of Research at the Start	原子核物質の状態方程式は、中性子星の記述や宇宙における元素合成の理解のためにも非常に重要であるが、特に低密度領域での情報が不足している。質量数A= 4kの原子核におけるアルファ凝縮状態は低密度核物質の候補であり、その性質を理解すれば、通常の実験では得ることのできない状態方程式の低密度領域に対する情報を得られる。本研究では、20Ne 原子核に対してアルファ非弾性散乱と励起状態からの崩壊粒子の同時測定を行い、アルファ凝縮状態の確実な同定とその励起エネルギーやアルファ崩壊幅等の情報から低密度核物質の性質の解明を目指す。また、アルファ凝縮状態の候補となる励起状態のスピンとパリティに対しても情報を得る。
Outline of Annual Research Achievements	2022年度(2021年度分繰越予算相当)において、本研究目的達成に不可欠である荷電粒子検出器とそれを用いた粒子識別方法の開発と新型ガス標的システムの基礎的な準備を推進した。荷電粒子検出器として、本研究達成のために必要となるNTD型シリコン検出器をメーカーと代理店と議論と交渉を重ね、従来の品物から更新したものを製造・購入することができた。本検出器は基板上のパターンを改善したものとなっており、性能の向上が期待される。今後引き続き性能試験を行う予定である。本研究の実験に必要な粒子識別方法については、検出器の時間分解能と波形による粒子識別能力を定量的に評価を行い、最も適当な測定方法を検討した。新型ガス標的システムについては、2020年度に製作した真空隔壁の性能テストを行い、その効果を確認を進め、さらなる効果を有する装置に改善するための計画を立案・計画句を行っている。また真空度を評価するための真空度計も新規に購入し、新型ガス標的システム全体の準備を進めた。上記の研究開発は本研究の目的である20Ne原子核におけるアルファ凝縮状態の探索実験において不可欠な要素技術であり、重要な進展である。研究成果の発表については、これまでの本研究に関わる研究と上記の成果をまとめて国際会議INPC2022などで口頭発表、および日本物理学会2023年春季大会での招待講演を行った。本研究成果を含んだ業績について日本物理学会若手奨励賞を受賞した。
Current Status of Research Progress	Current Status of Research Progress 3: Progress in research has been slightly delayed. Reason 本研究においてはシリコン検出器及び新型ガス標的と加速器施設を用いた実験を遂行することが成果を得るために必要不可欠である。しかし、シリコン検出器の製造・購入について当初の想定とは異なり、基板パターンの変更を行い製造業者の歩止まりと日本円と海外通貨のレートの変動などの複数の要因のためにその入手に大きな時間と費用がかかることとなってしまった。そのためにシリコン検出器の整備において当初計画からやや遅れていると言える。新型ガス標的の開発については研究提案当初から所属が異動となり実験装置の設置現場と距離が離れてしまい当初の予定とは異なり設置現場における準備を行う頻度を下げざるを得なかった。また、加速器施設においても提案していた実験を遂行可能な状況に施設側の受け入れ体制と加速器本体の状況整備が追いついておらず、2022年度には実験を行うことが不可能であった。これは当初想定よりも実験可能となる時期が遅くなってしまう原因となっている。これには2022年度に生じた非常に大規模な電気代高騰がその原因の一部となっている。
Strategy for Future Research Activity	2023年度には、前期と後期の前半に新規に購入したシリコン検出器の性能確認テストを推進し、シリコン検出器のシステムとしての完成を目指す。本検出器システムの完成は実験遂行に不可欠であり早急に完了させる必要がある。検出器からの電気信号の波形情報を用いた粒子識別能力を新規に購入したシリコン検出器に関しても調査し、既存のシリコン検出器と組み合わせ一体とするための装置を設計・開発し製作を行う。また、新型ガス標的については、現在メーカーと相談及び交渉中である窒化シリコン薄膜を用いたガス封止膜について使用する膜の仕様を確定させて購入の上、耐圧テストと耐温度テストを遂行する。本窒化シリコン薄膜が液体窒素温度で真空封止に使用することが可能であることを確かめ、実際のガスセルの製作を進め、既存の真空隔壁を改良したものと合わせて新型ガスシステムをシステム全体として完成させる。上記の検出器及び標的の実験要素システムの完成を進め、2023年度内で実験施設が受け入れ可能であるできるだけ早い時期に本実験を遂行し、実験データを収集する。この実験データの収集は本研究において重要な部分である。