2018 Fiscal Year Research-status Report
強い相互作用で探る原子核中の弱い相互作用による遷移
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15K05104
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| Research Institution | Osaka University |
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Principal Investigator |
藤田 佳孝 大阪大学, 核物理研究センター, 招へい教授 (60093457)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
民井 淳 大阪大学, 核物理研究センター, 准教授 (20302804)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | 弱い相互作用 / ベータ崩壊 / 強い相互作用 / 荷電交換反応 / ガモフテラー遷移 / アイソスピン量子数 / M1ガンマー遷移 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
原子核は2種類の核子、つまり陽子と中性子から構成される。その事を特徴付けるのがアイソスピン量子数である。またそれぞれの核子は、スピン量子数を持つ。本研究の主たる対象となるガモフテラー(GT)遷移は、原子核の性質と密接にかかわるこれら2種類の量子数の状態を変化させる働きをするため、原子核の性質を強く反映し、原子核構造研究の為のユニークな情報を提供する。また宇宙での元素合成、例えば中性子星合体におけるニュートリノ起源の元素合成に目を向けた時、弱い相互作用によって起こるGT遷移の果たす役割の大きさに目を見張る。しかし弱い相互そのものを使ってのGT遷移の研究は、その相互作用の弱さ故に絶望的である。
そこで一定の条件の下では、強い相互作用で起こる「荷電交換反応」が逆ベータ崩壊のように振る舞い、しかもベータ崩壊の研究ではたどり着けない高励起状態へのGT遷移の研究が可能であることに目をつけた。しかし荷電交換反応では、GT遷移の遷移強度の絶対値が出ない。
そこで、a)世界最高分解能が得られる、磁気分析器「グランド・ライデン」を使う荷電交換反応による研究 b)アイソスピンに関して対称な不安定核からのベータ崩壊を用いた研究、これら2種類の研究を融合する事により、GT遷移強度の絶対値を得ると共に、原子核に於けるGT遷移の詳細及び全体像を理解しようとしている。
更にこの年度では、GT遷移そのものの研究に加え、アイソスピン量子数の観点で類似な遷移となる、電磁相互作用で起こるM1ガンマー遷移との比較の研究を進めた。つまりミクロの世界のすべての現象を支配する三つの力、強、弱、そして電磁相互作用で起こる原子核中の遷移が、どの様にせめぎ合い、かつ調和しながら原子核の構造・原子核内の遷移に寄与しているかを調べている。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
大阪大学核物理研究センターでの高分解能(3He,t)荷電交換反応実験で得られたデータを、ベータ崩壊の結果、またアイソスピン量子数類似のガンマー崩壊を参照しつつ解析した。原子核におけるガモフテラー(GT)遷移の全体像を掴むための研究を一歩一歩進めている。
従来、荷電交換反応によるGT遷移研究において、最もよく知られ、かつ詳しく調べられてきたGT励起は、10MeV 程度以上の高い励起エネルギーに見られるGT共鳴（GTR）状態であった。しかしここ数年のデータ解析の蓄積により、このGTRと同程度の強度を持つ「低励起スーパ GT状態（LeSGT 状態）」の存在を系統的に確立しつつある。（第一報の論文はPhysical Review Letters 誌に掲載された。）既知の42Ca-->42Sc におけるガモフテラー(GT)遷移強度の第一GT状態への集中に加え、18O-->18F、6He-->6Li の場合に於いても、同様なGT遷移強度の第一GT状態への集中が観測された。
更に、LeSGT 状態と対をなす、anti-LeSGT 状態の存在にも気付き、GT遷移の研究に更なる広がりが見えてきた。
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| Strategy for Future Research Activity |
本研究の目的であるGT遷移の研究を着実に進める。実験手段として両輪を成すのは、1)荷電交換反応と、2)ベータ崩壊による研究である。それぞれの手段による実験、及びデータ解析を順次行う。研究の継続により、以下の問題の解明を目指している。
1）低励起スーパ GT状態（LeSGT 状態）、及び新たにその存在を認識し始めた anit-LeSGT 状態の研究を更に進める。今までの研究により、原子核の荷電スカラー的、及び荷電ベクトル的残留相互作用の「せめぎ合い」のバランスが、原子核GT遷移の励起エネルギー分布を決める重要なカギである事を示しつつある。さらに系統的研究を進めたい。
2）2017年に出版したsd-殻核26Mgの論文で示したのは、GT状態の「固有崩壊巾」が、アイソスピン量子数の選択則に依存性にして変化するという事であった。つまりこれを利用する事により、高励起GT状態の、アイソスピン量子数を同定出来る、という事になる。さらに、我々が実現している分解能が、原子核GT状態の固有崩壊巾を調べるのに十分な手段である事も示した。最近の解析の結果、同じくsd-殻核 30Si の高励起状態を研究対象の候補と考え始めた。この崩壊巾の知見を、原子核アイソスピン量子数同定の新たな手段として発展させる様、研究を進める。
4）ドイツ・ドレスデン工科大学のグループと、原子核を「検出器」として、太陽ニュートリノを効率よく捕まえる為の研究を続けている。適切な原子核をニュートリノ検出器として使う事により、ニュートリノの中性流、荷電流による原子核との相互作用を分離し、かつ効率良く実験的に観測できる可能性を追及する。いままでの、原子核構造の研究の為のGT遷移研究に加え、大阪での荷電交換反応実験のデータを活かし、原子核物理とニュートリノを融合する新たな研究分野を広げたい。
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| Causes of Carryover |
2018年度で国際会議の為に予定した旅費の一部を、招待講演になり主催者が負担して下さった。それに相当する部分を繰り越す。
2019年度の予算は、予定通り、特任研究員の雇用、旅費、消耗品等に使用予定。
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