2017 Fiscal Year Annual Research Report
Pioneering study of double Gamow-Teller responses
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16H02197
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| Research Institution | Institute of Physical and Chemical Research |
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Principal Investigator |
上坂 友洋 国立研究開発法人理化学研究所, 仁科加速器研究センター, 主任研究員 (60322020)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
板橋 健太 国立研究開発法人理化学研究所, 仁科加速器研究センター, 専任研究員 (30322093)
矢向 謙太郎 東京大学, 大学院理学系研究科(理学部), 准教授 (50361572)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | 原子核物理学 / 二重ガモフテラー巨大共鳴 / 二重ベータ崩壊 / 荷電交換反応 / スピン・アイソスピン応答 / RIビームファクトリー / 分散整合イオン光学 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
重イオン二重荷電交換反応により二重ガモフ・テラー巨大共鳴を探索する本研究において、RIビームファクトリーBigRIPSをスペクトロメータとして用いる実験セットアップの高度化が最重要課題である。
焦点面検出器として用いる、昨年度製作した低圧動作型多芯線型ドリフトチェンバーと、多チャンネルTDCボードRAINERを中心とした読出しエレクトロニクスの性能評価を本年度行った。本ドリフトチェンバーは、極めて高いトライトン(3H)バックグラウンド下で、高効率かつ高精度で12Beの飛跡を決定するため、高い冗長性を有する構造(X-X’-X’’-U-U’-U’’-V-V’-V’’)を持つとともに~10kPaの低圧で動作するよう設計されている。性能評価実験は、東北大学CYRICの30 MeV陽子を用いて行った。その結果、－1.35kV以上のカソード電圧で一面当り98%以上の検出効率、21 kHzのトリガー率に対して90%以上のデータ取得効率を実現した。これらはいずれも本実験を行う上で十分なものである。
更に、分散整合イオン光学の詳細検討を進めた。本実験では、加速器から供給される12Cビームが持つエネルギー広がりより小さいエネルギー分解能を実現するために、ビームラインとBigRIPSの分散整合を実現する必要がある。当初は高い放射線環境下にある標的位置に位置検出器を設置し、分散整合の精密調整をする予定であったが、その後の検討により位置検出器を必要としない新方式を考案した。新方式では、標的下流の無分散(アクロマティック)焦点面と分散（ディスパーシブ）焦点面の粒子軌道を組み合わせることによって、標的位置での粒子軌道・エネルギーを再構築し、それを利用して分散整合調整を実現する。今年度はシミュレーションによって、本方式の有効性評価を行い、その結果をもって来年度初頭実際のビームを用いて実証試験を行う。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
研究実績の概要に述べたように、焦点面検出器の開発、分散整合イオン光学の開発とも順調に進んでいる。特に、分散整合イオン光学の開発では、飛跡検出器を擁する不安定核ビームラインの飛跡情報を用いて、飛跡検出器の無い一次ビームラインのイオン光学調整を行う新しい方式を見出した。この方式は本実験のみならず、国内ではRCNP,J-PARC,国外ではFAIRやFRIB等、分散整合を用いる実験施設でも活用されると考えられる。
当初の予定通り、来年度二重ガモフ・テラー巨大共鳴探索実験を実施できる見込みである。
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| Strategy for Future Research Activity |
平成３０年度は、新方式による分散整合調整の実証実験を実施し、本実験用標的の準備を行い、本実験実施に向けた最終準備を行う。
本実験では、高価かつ取扱の難しい同位体濃縮薄膜標的を用いる。これらの標的に対し、準備期間及び実験使用期間の酸化や損傷を最小限に留める処理を行う。
これまでに行った、低圧動作多芯線型ドリフトチェンバー・分散整合調整法の開発結果を受け、12Beのストッパーや遅延ガンマ線検出器を担当する共同研究者とともに実験計画の最終検討を行い、来年度万全の体制で実験実施に望むべく準備を進める。
本研究計画がきっかけとなって二重ガモフ・テラー巨大共鳴の理論研究が活発化しつつある。その例が、本科研費の連携研究者である佐川氏による和則値の研究(Physical Review C 94, 064325 (2016))であり、東大の清水氏、Menendez氏らによる大規模殻模型計算(Physical Review Letters 120, 142502 (2018))である。後者の論文では、二重ガモフ・テラー巨大共鳴とニュートリノレス二重ベータ崩壊の核行列要素との関係を明らかにしている。本実験から、原子核のスピン・アイソスピン応答、ニュートリノレス二重ベータ崩壊の核行列要素について重要な帰結が得られるよう、理論研究者との議論を進める。
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