2019 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 – 2021-03-31
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| Keywords | 弱い相互作用 / 強い相互作 / ベータ崩壊 / 荷電交換反応 / ガモフテラー遷移 / アイソスピン対称性 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
宇宙での元素合成、例えば中性子星合体に於けるニュートリノ起源の元素合成に目を向けると、弱い相互作用によって起こるガモフテラー(GT)遷移の果たす役割の大きさに驚く。従来GT遷移の研究は、原子核ベータ崩壊等、弱い相互そのものを使って行われてきたが、その相互作用の弱さ故に限界が見えた。そこで我々は原子核におけるアイソスピン対称性に目をつけた。
原子核は、基本的に陽子と中性子という2種類の核子から構成され、それらは電荷の有無により電磁相互作用に於いては異なるが、原子核の構造形成に大きな働きをする強い相互作用に於いてはほぼ同等に振る舞う。つまり陽子数Zと中性子数Nが逆転している原子核間に対称性が見られる（原子核に於けるアイソスピン対称性）。この対称性の結果、強い相互作用で起こる荷電交換反応により、従来ベータ崩壊に頼っていたGT遷移の研究が可能となった。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。
本年度の研究では、Low-energy Super Gamow-Teller Transitions（低励起高強度GT遷移）と名付けた、18O, 18Ne 核からそれらの中間に位置する18F 核への超高強度のGT遷移の研究が注目を集めている。ニュートリノ振動の研究への発展を考えている。またニュートリノ起源の元素合成に関係する64Zn から 64Ga へのGT遷移、更には赤色巨星で起こる元素合成に関連した、19Fから19Ne へのGT 遷移の詳細を調べ、論文発表をした。
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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、また原子核に於けるアイソスピン対称性を使い解析を進めた。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。GTR の研究は 30年近くの歴史を持ち、理論解析から GTR は原子核内で働くアイソベクトル型の相互作用の働きにより形成される事がわかっていた。
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）」の存在が系統的に見えてきた。またこれらの実験結果を理論面から解析した所、これら LeSGT 状態の形成には、原子核内で働くアイソスカラー型の相互作用の働きが大きい事が分かった。
今までの教科書でのアイソスカラー型の相互作用の必要性の記述は、重水素(2H)の構造の説明、また原子核のアイソスカラー型励起の励起エネルギーが、予想より低くなる事の説明に限られていた。アイソベクトル型の励起を引き起こす GT 遷移に於いて、アイソスカラー型相互作用の重要性が初めて認識された事は、核構造の理論的理解に対してもインパクトがある。
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| Strategy for Future Research Activity |
「現在までの進捗状況」で説明したLeSGT 状態と対をなすのが anti-LeSGT 状態である。これに対しても理解が進み、GT遷移の研究に更なる広がりが見えてきた。数千年前の有機物の遺物（例えば木材で出来た柱）の年代測定には、14-カーボン年代測定が重要な手段である。これは、14C の基底状態から14N の基底状態へのGT遷移が、6,700 年もの長い半減期を持つ事を利用している。なぜ「許容遷移」であるこのベータ崩壊が、かくもゆっくり起こるのかは、長い間の謎であった。この遷移は anti-LeSGT 遷移であるとすると長い半減期を説明できると気付き研究を進めている。
18O から 18F への強いGT遷移（LeSGT 遷移）を、太陽ニュートリノの検出器に応用する研究を始めた。ニュートリノ振動の研究を進める有力な手段になると考えられる。
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。
またいままでの大阪での荷電交換反応実験のデータを活かし、原子核構造の研究の為のGT遷移研究に加え、原子核物理とニュートリノ物理を融合する新たな研究分野を開拓する。
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| Causes of Carryover |
当初の研究計画を進めるうちに、予想を超える興味深い研究内容が見えてきた。半年間程延長して研究を続ける。
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Research Products
(16 results)
