Precise determination of the triple-alpha reaction rates

2021 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 19H01929
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 15020:Experimental studies related to particle-, nuclear-, cosmic ray and astro-physics
• Research Institution: Kyushu University
• Principal Investigator: Teranishi Takashi 九州大学, 理学研究院, 准教授 (10323495)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 久保野 茂 国立研究開発法人理化学研究所, 仁科加速器科学研究センター, 客員主管研究員 (20126048)
• Project Period (FY): 2019-04-01 – 2022-03-31
• Keywords: トリプルアルファ反応 / ホイル状態 / 原子核実験 / 対崩壊

Outline of Final Research Achievements

Triple-alpha reaction, which converts helium into carbon, is a key nuclear reaction process in studying the evolution of the universe. The triple-alpha reaction rates are determined by several parameters from nuclear physics experiments. Among them, the pair-decay branching ratio of the second excited state in carbon-12 (the Hoyle state) has been determined with an error of +-9%, which dominates the error of the triple-alpha reaction rates. This study advanced the development of a new experimental method with "alpha inelastic scattering in inverse kinematics" for improving the precision of the pair-decay branching ratio. Using a newly constructed setup, test experiments for detecting recoil alpha particles and electron-positron pairs were performed. From the experimental results, optimal experimental conditions were determined for the main measurement being planned.

Free Research Field

実験核物理

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

トリプルアルファ反応は宇宙の進化を理解する上で重要である。本研究で開発した、ホイル状態の対崩壊分岐比のための新実験手法が、今後の本測定に適用されれば、長年の懸案であったトリプルアルファ反応率の精度向上が期待される。その結果は、さまざまな天体シミュレーションの精度向上につながる。我々の身の回りに存在する炭素の大部分はトリプルアルファ反応により生成されたと考えられており、その点で本テーマは一般社会において科学研究に対する興味を呼び起こすものであるといえる。