中性子星の構造解明に向けた重い中性子過剰核のスキン厚測定

2023 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 20K03997
• Research Institution: University of Tsukuba
• Principal Investigator: 森口 哲朗 筑波大学, 数理物質系, 助教 (10635890)
• Project Period (FY): 2020-04-01 – 2025-03-31
• Keywords: 不安定核 / 中性子スキン / 中性子星 / 反応断面積 / 固体水素標的

Outline of Annual Research Achievements

本研究は、重い中性子過剰核の中性子スキン厚(原子核表面に現れる中性子の層)を導出し、中性子星の構造を解明することを目的とする。中性子星の大きさと中性子スキンの厚さには約10の19乗のスケールの違いはあるが、中性子物質の圧力という共通のパラメータを持つ。現在、この圧力パラメータには大きな不定性があるため、本研究でより精度良く決める。スキン厚は反応断面積(原子核反応の確率)を測定することで導出できる。重い原子核の場合、原子番号が大きくなるため、スキン厚の導出に直接寄与しないクーロン力による分解反応の影響が大きくなることが課題とされてきた。そこで、本研究ではクーロン分解の影響が最も少ないとされる水素を反応標的に用いることで、この課題を克服する。特に、本研究では申請者が開発し運用してきた固体水素標的を使用する。この固体水素標的は反応断面積測定に特化したもので、最大直径50×長さ100 mm^3の固体水素を作成することができる。実験は理化学研究所のRIビームファクトリー(RIBF) にて行う。RIBFでは重い中性子過剰核の生成を可能とする。本研究ではスズの原子核に注目し、特に、134-137Sn(陽子数50、中性子数84-87)の重い中性子過剰 核のスキン厚の導出に挑戦する。
これまでに、本実験に向けた固体水素標的の改良は済んでいる。本実験で必要となる準備はほぼ完了しているが、加速器のトラブル等の影響によりマシンタイムが配分されず本実験が行えていない状況が続いている。今年度は新たな試みとして、固体重水素標的の開発を進めた。重陽子は励起状態を持たず、波動関数も理論的に良く知られていることから、水素標的と重水素標的の反応断面積測定から、より精度良くスキン厚を導出できる可能性がある。固体重水素標的の作成条件の最適化を進めている。

Current Status of Research Progress

4: Progress in research has been delayed.

Reason

本実験を行うための開発関係は済んでおり、その他の検出器等の準備もほぼ整っている。あとは、実験直前にこれらをビームラインにセッティングするのみである。しかしながら、加速器施設のトラブル等により、マシンタイムの配分が行われず、未だ実験ができない状態が続いている。引き続き、マシンタイムを申請し、来年度には本実験を遂行したいと考えている。

Strategy for Future Research Activity

まずは、来年度にスズ同位体の反応断面積測定を遂行し、早急にデータ解析を行いスキン厚の導出を行う。実験的に得られたスキン厚から状態方程式の圧力パラメータに関する議論を行い、研究成果を投稿論文として発表する。

Causes of Carryover

本実験がまだ行えていないので、そのための経費として次年度の使用額が発生した。主には、実験装置の運搬、準備期間を含めた実験中の旅費や滞在費、また、不足の事態に備えての検出器等の予備や消耗品の整備に充てる予定である。

Research Products

• [Presentation] Reaction cross sections for proton-drip line nuclei (2024)
  • Author(s): T. Moriguchi
  • Organizer: Workshop at Quark-Nuclear Matters in Tomonaga Center for the History of the Universe (TCHoU)
• [Presentation] Ni同位体の反応断面積と中性子スキン厚 (2024)
  • Author(s): 福留美樹、田中聖臣、福田光順、武智麻耶、西村太樹、鈴木健、森口哲朗、髙山元、田口諒、石谷壮史、三原基嗣、松多健策、大坪隆、宮田恵理、山口貴之、小沢顕、鈴木伸司、泉川卓司、櫻井博儀、板橋健太、稲辺尚人、大竹政雄、日下健祐、Z. Korkulu、清水陽平、鈴木宏、炭竈聡之、竹田浩之、長江大輔、福田直樹、柳澤善行、他（全47名）
  • Organizer: 日本物理学会2024年春季大会
• [Presentation] 中性子過剰側 Cu 同位体の相互作用・荷電変化断面積と陽子・中性子分布半径導出 (2024)
  • Author(s): 髙山元, 福田光順, 福留美樹, 田口諒, 石谷壮史, 松多健策, 三原基嗣, 田中聖臣, 西村太樹, 小沢顕, 森口哲朗, 矢野朝陽, 武智麻耶, 本間彰, 大坪隆, 野口法秀, 鈴木健, 山口貴之, 泉川卓司, 櫻井博儀, 福田直樹, 炭竃聡之, 鈴木宏, 竹田浩之, 田中良樹, 柳澤善行, 吉田光一, A.Prochazka
  • Organizer: 日本物理学会2024年春季大会
• [Presentation] Ca同位体の荷電変換断面積のエネルギー依存性 (2024)
  • Author(s): 安田圭吾, 福田光順, 田中聖臣, 福留美樹, 高山元, 田口諒, 渡辺薫, 西村太樹, 菅原奏来, 小沢顕, 森口哲朗, 矢野朝陽, 大坪隆, 武智麻耶, 野口法秀, 髙津和哉, 鈴木健, 山口貴之, 泉川卓司, 松多健策, 三原基嗣, 佐藤眞二, 福田茂一, 北川敦志
  • Organizer: 日本物理学会2024年春季大会
• [Presentation] 鏡映核対22Ne-22Mgの荷電変化断面積測定による陽子分布半径の研究 (2024)
  • Author(s): 石谷壮史, 福田光順, 福留美樹, 高山元, 田口諒, 三原基嗣, 渡辺薫, 田中聖臣, 西村太樹, 髙橋弘幸, 菅原奏来, 大坪隆, 野口法秀, 髙津 和哉, 太田 夕紀子, 泉川卓司, 鈴木健, 神田真矩, 関響咲, 篠崎稔, 小沢顕, 森口哲朗, 要直登, 矢野朝陽, 佐藤眞二, 福田茂一, 北川敦志
  • Organizer: 日本物理学会2024年春季大会
• [Presentation] 12Beアイソマー状態の断面積測定に向けたアイソマー比と寿命の測定 (2024)
  • Author(s): 田口諒、福田光順, 福留美樹, 髙山元, 田中聖臣, 西村太樹, 高橋弘幸, 菅原奏来, 石谷壮史, 三原基嗣, 杉崎尭人, 宇根千晶, 中村佑生, 福嶋知隼, 網谷芽衣, 影山璃音, 薗田隼太, 大坪隆, 野口法秀, 高津和哉, 田澤有紀, 小林侑希哉, 太田由紀子, 島村敏矢, 手塚康晃, 泉川卓司, 鈴木健, 山口貴之, 神田真矩, 篠崎稔、他（全42名）
  • Organizer: 日本物理学会2024年春季大会
• [Presentation] Measurement of reaction cross section for 17F with a solid hydrogen target (2023)
  • Author(s): T. Moriguchi, R. Kagesawa, A. Ozawa, W. Horiuchi, Y. Abe, M. Amano, D. Kamioka, A. Kitagawa, M. Mukai, D. Nagae, M. Sakaue, S. Sato, B. H. Sun, S. Suzuki, T. Suzuki, T. Yamaguchi, A. Yano, K. Yokota
  • Organizer: The 4th International Conference on Advances in Radioactive Isotope Science (ARIS2023)
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 反応断面積測定におけるHeセルを用いた固体重水素標的の開発 (2023)
  • Author(s): Zhang Hanbin、小沢顕、森口哲朗、矢野朝陽、松本樹
  • Organizer: 日本量子医科学会第3回学術大会
• [Presentation] Interaction Cross Sections and Neutron Skin Thicknesses of Ni Isotope Chain (2023)
  • Author(s): Miki Fukutome, Masaomi Tanaka, Mitsunori Fukuda, Maya Takechi, Daiki Nishimura, Takeshi Suzuki, Gen Takayama, Ryo Taguchi, Soshi Ishitani, Mototsugu Mihara, Kensaku Matsuta, Tetsuaki Moriguchi, Takashi Ohtsubo, Akira Ozawa, Takayuki Yamaguchi, Naoki Fukuda, Takuji Izumikawa et al. (30 collaborators)
  • Organizer: The 2023 Fall Meeting of the Division of Nuclear Physics of the American Physical Society and the Physical Society of Japan (HAWAII2023)
• [Presentation] Measurements of isomer ratios and half-life of isomeric state in 12Be (2023)
  • Author(s): Ryo Taguchi, Mitsunori Fukuda, Miki Fukutome, Gen Takayama, Masaomi Tanaka, Daiki Nishimura, Hiroyuki Takahashi, Sora Sugawara, Mototsugu Mihara, Takato Sugisaki, Soshi Ishitani, Chiaki Une, Yuki Nakamura, Chihaya Fukushima, Mei Amitani, Takashi Otsubo, Norihide Noguchi, Kazuya Takatsu, et al. (35 collaborators)
  • Organizer: The 2023 Fall Meeting of the Division of Nuclear Physics of the American Physical Society and the Physical Society of Japan (HAWAII2023)
• [Presentation] Measurements of Reaction Cross Sections for 12C, 20Ne and 27Al on heavy-mass targets (2023)
  • Author(s): N. Noguchi，M. Takechi，T. Ohtsubo，M. Fukuda，M. Tanaka，D. Nishimura，M. Mihara，T. Suzuki，T. Yamaguchi，J. Chiba，T. Moriguchi，T. Izumikawa，S. Sato，S. Fukuda，A. Kitagawa，A. Ikeda， H. Oikawa，K. Ohnishi et al. (43 collaborators)
  • Organizer: The 2023 Fall Meeting of the Division of Nuclear Physics of the American Physical Society and the Physical Society of Japan (HAWAII2023)
• [Presentation] Charge-Changing Cross Sections for Mirror Nuclear Pair 22Ne-22Mg (2023)
  • Author(s): Soshi Ishitani, Mitsunori Fukuda, Miki Fukutome, Gen Takayama, Ryo Taguchi, Mototsugu Mihara, Kaoru Watanabe, Daiki Nishimura, Hiroyuki Takahashi, Sora Sugawara, Takashi Otsubo, Norihide Noguchi, Kazuya Takatsu, Yukiko Ota, Takuji Izumikawa, Takeshi Suzuki, Masanori Kanda, Hibiki Seki et al. (26 collaborators)
  • Organizer: The 2023 Fall Meeting of the Division of Nuclear Physics of the American Physical Society and the Physical Society of Japan (HAWAII2023)
• [Presentation] Charge-Changing Cross Sections and Charge Radii of B, C, and N Isotopes (2023)
  • Author(s): R. Taguchi, M. Fukuda, G. Takayama, M. Fukutome, M. Tanaka, K. Takatsu, D. Nishimura, H. Takahashi, S. Sugawara, M. Mihara, Y. Kimura, K. Watanabe, T. Ohtsubo, M. Takechi, M. Ogose, N. Noguchi, Y. Kobayashi, Y. Tazawa, N. Shindo, C. Fukushima, T. Izumikawa, T. Suzuki, Y. Yamaguchi, A. Ozawa et al. (29 collaborators)
  • Organizer: International Conference on Hyperfine interactions and their Applications (HYPERFINE2013)
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Charge-Changing-Cross-Sections for Mirror Nuclei Pair 22Ne-22Mg (2023)
  • Author(s): Soshi Ishitani, M. Fukuda, M. Fukutome, G. Takayama, R. Taguchi, K. Watanabe, M. Mihara, M. Tanaka, D. Nishimura, H. Takahashi, S. Sugawara, T. Ohtsubo, N. Noguchi, K. Takatsu, Y. Ohta, T. Izumikawa, T. Suzuki, M. Kanda, H. Seki, N. Shinozaki, A. Ozawa, T. Moriguchi, N. Kaname, A. Yano et al. (27 collaborators)
  • Organizer: International Conference on Hyperfine interactions and their Applications (HYPERFINE2013)
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Charge Changing Cross Sections and Charge Radii of Ni Isotopes (2023)
  • Author(s): M. Fukutome, M. Tanaka, M. Fukuda, M. Takechi, A. Homma, A. Prochazka, D. Nishimura, T. Suzuki, T. Moriguchi, D. S. Ahn, A. Aimaganbetov, M. Amano, H. Arakawa, S. Bagchi, K.-H. Behr, N. Burtebayev, K. Chikaato, H. Du, S. Ebata, T. Fujii, N. Fukuda, H. Geissel, T. Hori, W. Horiuchi, S. Hoshino et al. (77 collaborators)
  • Organizer: International Conference on Hyperfine interactions and their Applications (HYPERFINE2013)
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Development of Thick Solid Deuterium Target (2023)
  • Author(s): A. Yano, T. Moriguchi, A. Ozawa, S. Ishimoto, M. Fukuda, M. Mihara, M. Tanaka, D. Nishimura, T. Yamaguchi, T. Suzuki, T. Izumikawa, T. Ohtsubo, S. Sato, S. Fukuda, A. Kitagawa, M. Fukutome, F. Hayashi, Y. Honda, N. Kaname, M. Kanda, Y. Kimura, N. Noguchi, H. Seki, S. Sugawara, R. Taguchi, H. Takahashi, G. Takayama
  • Organizer: The 4th International Conference on Advances in Radioactive Isotope Science (ARIS2023)
  • Int'l Joint Research
• [Remarks] 筑波大学 研究者総覧
  • URL: https://trios.tsukuba.ac.jp/researcher/0000003654