2014 Fiscal Year Research-status Report
原子核構造の統一的模型の構築と中性子過剰核への適用
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26400269
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| Research Institution | Kyoto University |
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Principal Investigator |
板垣 直之 京都大学, 基礎物理学研究所, 准教授 (70322659)
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| Project Period (FY) |
2014-04-01 – 2017-03-31
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| Keywords | 中性子過剰核 / 原子核構造 / クラスター模型 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
原子核は通常、シェル模型に代表されるように、陽子や中性子が独立に一体ポテンシャル中を運動しているが、4He原子核(α粒子)は特別に結合の強い原子核であり、軽い核では4核子相関(αクラスター相関)は重要な役割を果たす。これまで我々は、シェル模型とクラスター模型の競合を分析し、原子核系では非常に強いことが知られるスピン・軌道力と呼ばれる非中心力が、αクラスター相関を壊し核子の独立運動を促進する役割を果たすことを議論してきた。昨年度までに、たとえば炭素12原子核をとりあげ、波動関数の中の3つのα粒子を崩す事により、シェル模型の閉殻状態へと変換できる事を示したが、今年度は、閉殻の状態から励起したシェル模型状態の記述を行った。これによって、クラスター模型から出発してシェル模型への移り変わりを記述し、クラスターとシェルの競合を議論できる統一的模型を構築するという当初の予定はほぼ達成できたと考えられる。
また、原子核の励起状態に現れるクラスター構造とは、通常はクラスターへの分離敷居値近傍のガス的な状態を指す。しかしながら、いくつかのクラスターが幾何学的な配位を持ったクラスター構造を安定化させることが可能であることを示した。特に、3つ、あるいは４つのαクラスターが直線上にならんだリニア・チェイン構造は、1次元系としては安定であるが、これが折れ曲がる運動に対しては非常に不安定であるとされてきた。この系を安定化させる方法として、中性子を付加し、対象を中性子過剰核へと拡張することが有効である。同時に、高い角運動量を与えることによって、遠心力ポテンシャルによって原子核の大きな変形状態を安定化させることも可能である。今の場合、これら２つのエキゾチックな幾何学構造を安定化するメカニズムは協調的に作用するだけではなく、新しいメカニズムを生み出すことを示した。これらについて精力的に議論し、論文を作成した。
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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
当初の予定である、クラスター模型とシェル模型の競合を扱える、原子核構造を統一的に記述する模型の発展については、ある程度完成の目処が立った。クラスター模型の波動関数から出発し、スピン・軌道力によるクラスター構造の溶解やシェル構造の出現を議論できるだけではなく、シェル模型の閉殻からひとつ、あるいはふたつの核子が励起した軌道へと転移した配位についても、同じ模型を用いるころで記述可能なことがわかったからである。クラスター構造、シェル模型の閉殻構造、そこからいくつかの核子が励起した配位などが、統一的に記述可能である。現在、この成果についての論文を準備中である。
一方、密度汎関数法を用いた原子核のエキゾチックな状態の記述に関しては、いくつかの興味深い成果が得られ、論文発表。投稿などを行うことができた。Pengwei Zhao氏らとの研究では、炭素同位体を例に、非常にエキゾチックな構造が安定的に表れるメカニズムを議論した。安定原子核である炭素12のまわりに付加された余剰中性子が、１次元的なエキゾチックな原子核構造の安定性を助長する軌道を占有する。この際、系に回転を与えることで、さらにこのエキゾチックな構造が安定化するメカニズムが明らかとなった。また、Jiangming Yao氏らとの共同研究においては、酸素16を取り上げ非常に興味深い成果を得ることができた。前者に対しては論文を投稿中であり、後者については出版済である。
この他、連携研究者の市川・古本両氏との共同研究も順調に進めることができた。このような理由により、研究計画はおおむね順調に実行されていると判断してよい。
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| Strategy for Future Research Activity |
現在までに、「原子核構造の統一的模型の構築」と、「密度汎関数法を用いたエキゾチックな構造の記述」に関しては、一定の成果が得られた。これらを継続しつつ、次の課題である「α粒子がガス的に広がって分布するクラスター状態が、軽い原子核のみならず、より重い原子核においても一般的に存在可能であることを示す」について取り組む。
12C原子核のsecond 0+と呼ばれる励起状態(Hoyle状態)など、従来から知られていた安定核のクラスター状態は、αガス状態として理解されることがわかってきた。特に、12C(3α)のみならず、16Oの励起状態にも4α状態が存在すると指摘されている。この研究は、現在第2段階を迎えている。すなわち、より重い原子核においてコアとなる原子核のまわりにαクラスターのガス的状態が存在するのではないかという可能性である。それを理論的に研究するための新しい手法として、我々はモンテカルロ積分の要素を加えた新しい微視的原子核構造模型を開発したが、より重い原子核の系統的分析を進め、このようなαクラスターのガス的状態が一部の軽い核のみならず、幅広い質量数領域において一般的に存在することを示す。
さらなる段階として、このようなガス的クラスター状態をいかにして同定するか、実験観測量との対応が重要である。最近、基底状態からのアイソスカラーモノポール(ISM)遷移が、クラスター構造を持った励起状態の同定に非常に有用であると考えられる。そのようなISM遷移確率が、実際の実験においてどのように散乱断面積として観測されうるのか、上述の原子核構造計算により得られた波動関数を用いて微視的反応計算を行う。散乱実験は様々な入射粒子(p,α,6Li,7Liなど)で行われているので、まずは既存の実験データを用いて分析を進め、既存の実験データとの比較の後、まだ実験データが存在しない領域へ計算を拡張する。
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| Causes of Carryover |
3月の物理学会参加のために残しておいた旅費に、実際には若干の余裕が出てしまったため。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
次年度に共同研究等の費用として仕様する予定である。
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Research Products
(5 results)
