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

2012 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 22540310
• Research Institution: Osaka University
• Principal Investigator: 藤田 佳孝 大阪大学, 核物理研究センター, 准教授 (60093457)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 民井 淳 大阪大学, 核物理研究センター, 准教授 (20302804)
• Project Period (FY): 2010-04-01 – 2015-03-31
• Keywords: ガモフ・テラー遷移 / 荷電交換反応 / ベータ崩壊実験 / 高分解能測定 / 元素合成 / 強い相互作用 / 弱い相互作用 / ニュートリノ

Research Abstract

ミクロで動的な元素合成に目を向けると、強大な核力(強い相互作用)は当然として、意外にも弱い相互作用の働きが大きい事に目をみはる。巨星の超新星爆発に伴う高温高密度状態でのニュートリノ起源の元素合成はその典型的な例である。ニュートリノは弱い相互作用のみで元素合成に関与するが、ニュートリノそのものを使っての元素合成研究は、ニュートリノの相互作用の弱さ故に絶望的である。同じく弱い相互作用によるベータ崩壊の研究では、半減期から反応速度(遷移強度)の絶対値が決まる事で重要な役目を果たすが、崩壊測定ゆえに高励起状態のニュートリノ起源の元素合成への寄与を研究できない。そこで、核子当たり100MeV以上、0度を含む超前方での測定という条件の下では、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、弱い相互作用で起こる代表的な遷移である、フェルミ遷移と共に、ガモフテラー遷移を高励起状態まで研究可能である、ということに目をつけた。
その目的のため　1) 高分解能が得られる (3He,t) 荷電交換反応を用いた、超新星爆発に関与する pf-核におけるガモフテラー遷移の研究を進めた。さらに 2) ベータ崩壊の研究で低、中励起状態への遷移強度の絶対値を決め、それを標準とし、荷電交換反応で得られる高分解能を武器に、高励起状態へのガモフテラー遷移強度を明らかしようとしている。1) の実験は大阪大学で、2) の研究は、千葉・HIMAC加速器研究施設、ドイツ・GSI 研究所、フランスの GANIL 研究所で行ってきた。実験結果の解析を、大阪、Valencia(Spain)、Istanbul(Turkey)、Bourdeaux(France) の国際合同チームで行っている。

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実験、スペイン・Valencia グループとの共同実験、データ解析、解析結果の国際会議での発表、論文の執筆等、歯車がかみ合った状態にある。

Strategy for Future Research Activity

本研究課題に関する、荷電交換反応によるガモフ・テラー遷移の研究の為の実験提案が、大阪大学核物理研究センターで23年度に受理され、24年度前半に、共同研究を進めているスペイン・バレンシアIFIC研究所、トルコ・イスタンブル大学のグループ、更にイタリア・カターニアの研究者も加わり、荷電交換反応実験を行った。解析を共同研究グループで進めている。またこれまでに得られたデータの、解析を進め、論文にまとめる作業を行っている。100 MeV/nucleon を越える高い入射エネルギーでの高分解能荷電交換反応の実験は、世界的にユニークであるので、それぞれの解析で、新しい知見が得られつつある。今後も地道なデータ解析・研究を続ける。
また荷電交換反応で得られるガモフ・テラー遷移の情報とは鏡映対称な関係にある情報が、ベータ崩壊実験から得られる。理化学研究所では、この様な鏡映対称なガモフ・テラー遷移を調べる実験提案が受理された。この実験は、ベータ崩壊により放出される陽子（遅延陽子）とガンマー線（遅延ガンマー線）の研究により行う。　大規模な検出器を使い測定するEURICA 計画に参加する形で実験を行う。実験を25年度後半に予定している。スペイン・バレンシアのグループ、フランス・ボルドーのグループも参加を予定している。

Research Products

• [Journal Article] High resolution study of Gamow-Teller transitions in the 47Ti(3He,t)47V reaction (2013)
  • Author(s): E. Ganioglu, H. Fujita, Y. Fujita, T. Adachi, A. Algora, M. Csatl´os, J.M. Deaven, E. Estevez-Aguado, C.J. Guess, J. Guly´as, et al.
  • Journal Title: Physical Review C Volume: 87 Pages: 014321 1-12
  • DOI: 10.1103/PhysRevC.87.014321
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] High-resolution study of Gamow-Teller transitions via the 54Fe(3He,t)54Co reaction (2012)
  • Author(s): T. Adachi, Y. Fujita, A.D. Bacher, G.P.A. Berg, T. Black, D. De Frenne, C.C. Foster, H. Fujita, K. Fujita, K. Hatanaka, M. Honma, et al.
  • Journal Title: Physical Review C Volume: 85 Pages: 024308 1-15
  • DOI: 10.1103/PhysRevC.85.024308
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Gamow-Teller Transitions - a mirror reflecting nuclear structure (2012)
  • Author(s): Y. Fujita, H. Fujita B. Rubio, W. Gelletly, and B. Blank
  • Journal Title: Acta Physica Polonica B Volume: 43 Pages: 153-166
  • DOI: 10.5506/APhysPolB.43.153
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Separation of Pygmy Dipole and M1 Resonances in 90Zr by a High-Resolution Inelastic Proton Scattering Near 0 degrees (2012)
  • Author(s): C. Iwamoto, H. Utsunomiya, A. Tamii, H. Akimune, H. Nakada, T. Shima, T. Yamagata, T. Kawabata, Y. Fujita, H. Matsubara, et al.
  • Journal Title: Physical Review Letters Volume: 108 Pages: 262501 1-4.
  • DOI: 10.1103/PhysRevLett.108.262501
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] The (3He,t) reaction on 76Ge, and the double-beta-decay matrix element (2012)
  • Author(s): J.H. Thies, D. Frekers, T. Adachi, M. Dozono, H. Ejiri, H. Fujita, Y. Fujita, M. Fujiwara, E.-W. Grewe, et al.
  • Journal Title: Physical Review C Volume: 86 Pages: 014304 1-11
  • DOI: 10.1103/PhysRevC.86.014304
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] High-resolution study of Gamow-Teller transitions with the 37Cl(3He,t)37Ar (2012)
  • Author(s): Y. Shimbara, Y. Fujita, T. Adachi, G.P.A. Berg, H. Fujimura, H. Fujita, K. Fujita, K. Hara, K.Y. Hara, et al.
  • Journal Title: Physical Review C Volume: 86 Pages: 024312 1-15.
  • DOI: 10.1103/PhysRevC.86.024312
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] High-resolution 100Mo(3He,t)100Tc charge-exchange experiment and the impact on double- (2012)
  • Author(s): J.H. Thies, T. Adachi, M. Dozono, H. Ejiri, D. Frekers, H. Fujita, Y. Fujita, M. Fujiwara, E.-W. Grewe, K. Hatanaka, P. Heinrichs, et al.
  • Journal Title: Physical Review C Volume: 86 Pages: 044309 1-8
  • DOI: 10.1103/PhysRevC.86.044309
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Level structure of 30S and its importance in the 26Si(α, p)29P and 29P( p,γ )30S reaction rates (2012)
  • Author(s): S. Almaraz-Calderon, W.P. Tan, A. Aprahamian, M. Beard, G.P.A. Berg, B. Bucher, T. Adachi, Y. Fujita, H. Fujita et al.
  • Journal Title: Physical Review C Volume: 86 Pages: 065805 1-16
  • DOI: 10.1103/PhysRevC.86.065805
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] High resolution (3He,t) experiment on the double-beta decaying nuclei 128Te and 130Te (2012)
  • Author(s): P. Puppe, A. Lennarz, T. Adachi, H. Akimune, H. Ejiri, D. Frekers, H. Fujita, Y. Fujita, M. Fujiwara, E. Ganio?lu, E.-W. Grewe, K. Hatanaka, R. Hodak, et al.
  • Journal Title: Physical Review C Volume: 86 Pages: 044603 1-8
  • DOI: 10.1103/PhysRevC.86.044603
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Weak Interaction in Nuclear Astrophysics - main actor: Gamow-Teller transitions - (2012)
  • Author(s): Y. Fujita
  • Journal Title: Proceedings of Science, Volume: ENAS 206 Pages: 31 1-23
  • Peer Reviewed
• [Presentation] Gamow-Teller Transitions in p-, sd-, and pf-shell Nuclei (2013)
  • Author(s): Y. Fujita
  • Organizer: Hirschegg 2013: Astrophysics & Nuclear Structure
  • Place of Presentation: Hirschegg, Kleinwalsertal, Austria
  • Year and Date: 20130125-20130201
• [Presentation] Nuclear Structure Made Clear by Gamow-Teller Transitions (2012)
  • Author(s): Y. Fujita
  • Organizer: International Workshop on Nuclear Spectroscopy Frontiers at Magnetic Spectrometers
  • Place of Presentation: STIAS, Stellenbosch, and Univeristy of Stellenbosch, South Africa
  • Year and Date: 20121119-20121124
  • Invited
• [Presentation] Electric Dipole Response of 208Pb: PDR, Neutron Skin, and Symmetry Energy (2012)
  • Author(s): A. Tamii
  • Organizer: International Workshop on Nuclear Spectroscopy Frontiers at Magnetic Spectrometers
  • Place of Presentation: STIAS, Stellenbosch, and Univeristy of Stellenbosch
  • Year and Date: 20121119-20121124
  • Invited
• [Presentation] Gamow-Teller Transitions -by means of strong and weak interactions- (2012)
  • Author(s): Y. Fujita
  • Organizer: CSIC Nuclear Physics Seminar
  • Place of Presentation: IEM, CSIC, Madrid, Spain
  • Year and Date: 20120907-20120907
  • Invited
• [Presentation] Access to Highly Excited States (2012)
  • Author(s): Y. Fujita
  • Organizer: ISOL@MYRRHA workshop
  • Place of Presentation: SCK•CEN, Mol, Belgium
  • Year and Date: 20120422-20120426
  • Invited
• [Remarks] Yoshi Fujita's Home Page
  • URL: http://rcnp.osaka-u.ac.jp/~fujita