輸送理論で解き明かす核反応と核物質におけるクラスター相関

• 研究課題/領域番号: 17K05432
• 研究種目: 基盤研究(C)
• 配分区分: 基金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 素粒子・原子核・宇宙線・宇宙物理
• 研究機関: 東北大学
• 研究代表者: 小野 章 東北大学, 理学研究科, 助教 (20281959)
• 研究期間 (年度): 2017-04-01 – 2024-03-31
• 研究課題ステータス: 交付 (2022年度)
• 配分額: 4,420千円 (直接経費: 3,400千円、間接経費: 1,020千円); 2020年度: 780千円 (直接経費: 600千円、間接経費: 180千円); 2019年度: 910千円 (直接経費: 700千円、間接経費: 210千円); 2018年度: 1,690千円 (直接経費: 1,300千円、間接経費: 390千円); 2017年度: 1,040千円 (直接経費: 800千円、間接経費: 240千円)
• キーワード: クラスター / 対称エネルギー / 重イオン衝突 / 反対称化分子動力学 / 波束 / 位相空間 / π中間子生成 / 輸送模型 / ストッピング / Δ共鳴 / パウリブロッキング / クラスター相関 / 核物質の状態方程式

研究実績の概要

重イオン衝突では、広いエネルギー領域で、クラスター相関が本質的な役割を果たす。従来より継続している反対称化分子動力学（AMD）の研究では、特に最近の数年で、理研TPC実験（入射エネルギー270 MeV/nucleonでのSnアイソトープ同士の衝突）でのクラスター生成量や３次元的な運動量の分布について、AMD計算と実験データとの比較が進んできた。重イオン衝突で生じる高密度核物質やその膨張過程を定量的に理解することにより、特に中性子過剰な核物質の諸性質を探ることが、研究目的のひとつである。
前年度の段階で、3Hクラスターと3Heクラスターの生成比（3H/3He）の計算値が実験値を過小評価する問題が残っていたが、これについて、激しい衝突で4He原子核の励起状態が作られた場合に、その励起状態からの崩壊を適切に考慮することにより、問題が解決することがわかった。すなわち、クーロン力によるアイソスピン対称性の破れのために、4Heの第１励起状態がp＋3Hへは崩壊するがn＋3Heへは崩壊しないため、3Hクラスターの生成量が相対的に多くなるのである。
また、フロー観測量（側方へのフローや反応面外へのフロー）について、実験と計算との比較を進め、現在、論文を投稿準備中である。クラスターのフローが核子のフローより強いことが確認できたが、さらに、AMD計算で用いる平均場の運動量依存性が観測量に顕著に現れることもわかった。
なお、この年度の論文[EPJA 58 (2022) 201]でも発表したが、中性子過剰な系では高運動量の3Hが極端に少なくなることが、実験事実として間違いないようである。その一方、この特異な振る舞いのメカニズムは理論的に不明である。AMD計算では、特に高運動量クラスターの記述を改善することで、この問題の解明に取り組みたい。

現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

当初予定した研究のほか、3H/3Heの問題についての4He励起状態による理解が得られるなどの進展があった。現在の理論計算で、高運動量クラスターの記述に問題が残っている。

今後の研究の推進方策

今後も研究の取りまとめを進め、論文や学会などで発表する。高運動量クラスターの生成機構に関連して、理論の改良を進める。

研究成果

• [国際共同研究] Michigan State University/Texas A&M University(米国)
• [国際共同研究] Shanghai Advanced Research Institute/China Institute of Atomic Energy/Sun Yat-sen University(中国)
• [国際共同研究] University of Munich/GSI(ドイツ)
• [国際共同研究] INFN-LNS(イタリア)
• [国際共同研究] IFIN-HH(ルーマニア)
• [国際共同研究] INFN-LNS(イタリア)
• [国際共同研究] Shanghai Advanced Research Institute/China Institute of Atomic Energy/Sun Yat-sen University(中国)
• [国際共同研究] Michigan State University/Texas A&M University(米国)
• [国際共同研究] University of Munich/GSI(ドイツ)
• [国際共同研究] IFIN-HH(ルーマニア)
• [国際共同研究]
• [国際共同研究] INFN Firenze/INFN-LNS(イタリア)
• [国際共同研究] Shangai Advanced Research Institute/China Institute of Atomic Energy/Sun Yat-sen University(中国)
• [国際共同研究] Michigan State University/Texas A&M University(米国)
• [国際共同研究] University of Munich/GSI(ドイツ)
• [国際共同研究] IFIN-HH(ルーマニア)
• [国際共同研究] INFN Firenze/INFN-LNS(イタリア)
• [国際共同研究] Shanghai Advanced Research Institute/China Institute of Atomic Energy/Sun Yat-sen University(中国)
• [国際共同研究] Michigan State University/Texas A&M University/Lawrence Berkeley National Laboratory(米国)
• [国際共同研究] University of Munich/GSI(ドイツ)
• [国際共同研究] IFIN-HH(ルーマニア)
• [国際共同研究]
• [国際共同研究] Shanghai Advanced Research Institute/China Institute of Atomic Energy/Sun Yat-sen University(中国)
• [国際共同研究] Michigan State University/Texas A&M University/Lawrence Berkeley National Laboratory(米国)
• [国際共同研究] INFN-LNS/INFN Firenze(イタリア)
• [国際共同研究] University of Munich/GSI(ドイツ)
• [国際共同研究] IFIN-HH(ルーマニア)
• [国際共同研究]
• [国際共同研究] China Institute of Atomic Energy/Shanghai Institute of Applied Physics/Institute of Modern Physics(中国)
• [国際共同研究] Michigan State University/Texas A&M University(米国)
• [国際共同研究] INFN-LNS/INFN Firenze(イタリア)
• [国際共同研究] Ludwig-Maximilians-University Munich/Johann Wolfgang Goethe University/Universitaet Giessen(ドイツ)
• [国際共同研究] IFIN-HH(ルーマニア)
• [国際共同研究]
• [雑誌論文] Transport model comparison studies of intermediate-energy heavy-ion collisions (2022)
  • 著者名/発表者名: Wolter Hermann、Colonna Maria、Cozma Dan、Danielewicz Pawel、Ko Che Ming、Kumar Rohit、Ono Akira、Tsang ManYee Betty、Xu Jun、Zhang Ying-Xun、et al.
  • 雑誌名: Progress in Particle and Nuclear Physics 巻: 125 ページ: 103962-103962
  • DOI: 10.1016/j.ppnp.2022.103962
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Isoscaling in central Sn+Sn collisions at 270 MeV/u (2022)
  • 著者名/発表者名: Lee J. W.、Tsang M. B.、Tsang C. Y.、Wang R.、Barney J.、Estee J.、Isobe T.、Kaneko M.、Kurata-Nishimura M.、Lynch W. G.、Murakami T.、Ono A.、Souza S. R.、et al.
  • 雑誌名: The European Physical Journal A 巻: 58 号: 10 ページ: 201-201
  • DOI: 10.1140/epja/s10050-022-00851-2
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Phase-space consideration on barrier transmission in a time-dependent variational approach with superposed wave packets (2022)
  • 著者名/発表者名: Ono Akira
  • 雑誌名: Physics Letters B 巻: 826 ページ: 136931-136931
  • DOI: 10.1016/j.physletb.2022.136931
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Comparison of heavy-ion transport simulations: Mean-field dynamics in a box (2021)
  • 著者名/発表者名: Colonna Maria、Zhang Ying-Xun、Wang Yong-Jia、Cozma Dan、Danielewicz Pawel、Ko Che Ming、Ono Akira、Tsang Manyee Betty、Wang Rui、Wolter Hermann、Xu Jun、Zhang Zhen et al.
  • 雑誌名: Physical Review C 巻: 104 号: 2
  • DOI: 10.1103/physrevc.104.024603
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Rapidity distributions of Z=1 isotopes and the nuclear symmetry energy from Sn+Sn collisions with radioactive beams at 270 MeV/nucleon (2021)
  • 著者名/発表者名: Kaneko M.、Murakami T.、Isobe T.、Kurata-Nishimura M.、Ono A.、Ikeno N.、Barney J.、Cerizza G.、Estee J.、Jhang G.、Lee J.W.、Lynch W.G.、Santamaria C.、Tsang C.Y.、Tsang M.B.、Wang R.、Ahn D.S.、Atar L.、Aumann T.、Baba H.、Kondo Y., 他
  • 雑誌名: Physics Letters B 巻: 822 ページ: 1366811-8
  • DOI: 10.1016/j.physletb.2021.136681
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Isospin diffusion measurement from the direct detection of a quasiprojectile remnant (2021)
  • 著者名/発表者名: A. Camaiani, G. Casini, S. Piantelli, A. Ono, et al.
  • 雑誌名: Physical Review C 巻: 103 号: 1
  • DOI: 10.1103/physrevc.103.014605
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Isospin transport phenomena for the systems Kr80+Ca40,48 at 35 MeV/nucleon (2021)
  • 著者名/発表者名: S. Piantelli, G. Casini, A. Ono, et al.
  • 雑誌名: Physical Review C 巻: 103 号: 1
  • DOI: 10.1103/physrevc.103.014603
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Symmetry energy investigation with pion production from Sn+Sn systems (2021)
  • 著者名/発表者名: G. Jhang, J. Estee, J. Barney, G. Cerizza, M. Kaneko, J.W. Lee, W.G. Lynch, T. Isobe, M. Kurata-Nishimura, T. Murakami, C.Y. Tsang, M.B. Tsang, R. Wang, et al., M. Colonna, D. Cozma, P. Danielewicz, H. Elfner, N. Ikeno, C.M. Ko, J. Mohs, D.Oliinychenko, A. Ono, J. Su, Y.J. Wang, H. Wolter, J. Xu, Y.X. Zhang, Z. Zhang
  • 雑誌名: Physics Letters B 巻: 813 ページ: 136016-136016
  • DOI: 10.1016/j.physletb.2020.136016
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Impacts of Cluster Correlations on Heavy-Ion Collision Dynamics (2020)
  • 著者名/発表者名: Akira Ono
  • 雑誌名: JPS Conference Proceedings 巻: 32
  • DOI: 10.7566/jpscp.32.010076
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Neutron-Proton Dynamics and Pion Production in Heavy-ion Collisions by the AMD+JAM Approach (2020)
  • 著者名/発表者名: Natsumi Ikeno, Akira Ono, Yasushi Nara, Akira Ohnishi
  • 雑誌名: JPS Conference Proceedings 巻: 32 ページ: 010067-010067
  • DOI: 10.7566/jpscp.32.010067
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Influence of fast emissions and statistical de-excitation on the isospin transport ratio (2020)
  • 著者名/発表者名: A. Camaiani, S. Piantelli, A. Ono, et al.
  • 雑誌名: Physical Review C 巻: 102 号: 4
  • DOI: 10.1103/physrevc.102.044607
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Effects of cluster correlations on fragment emission in C12+C12 at 50 MeV/nucleon (2020)
  • 著者名/発表者名: R. Han, Z. Chen, R. Wada, A. Ono, G. Tian, F. Shi, X. Zhang, B. Liu, H. Sun
  • 雑誌名: Physical Review C 巻: 102 号: 6
  • DOI: 10.1103/physrevc.102.064617
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Effects of Pauli blocking on pion production in central collisions of neutron-rich nuclei (2020)
  • 著者名/発表者名: Natsumi Ikeno, Akira Ono, Yasushi Nara, Akira Ohnishi
  • 雑誌名: Phys. Rev. C 巻: 101 号: 3 ページ: 34607-34607
  • DOI: 10.1103/physrevc.101.034607
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Dynamical fission of the quasiprojectile and isospin equilibration for the system 80Kr + 48Ca at 35 MeV/nucleon (2020)
  • 著者名/発表者名: S. Piantelli, G. Casini, A. Ono, et al.
  • 雑誌名: Phys. Rev. C 巻: 101 号: 3
  • DOI: 10.1103/physrevc.101.034613
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Comparison between calculations with the AMD code and experimental data for peripheral collisions of 93Nb + 93Nb, 116Sn at 38 MeV/nucleon (2019)
  • 著者名/発表者名: S. Piantelli, A. Olmi, P. R. Maurenzig, A. Ono, M. Bini, G. Casini, G. Pasquali, A. Mangiarotti, G. Poggi, A. A. Stefanini, S. Barlini, A. Camaiani, C. Ciampi, C. Frosin, P. Ottanelli, and S. Valdre
  • 雑誌名: Phys. Rev. C 巻: 99 号: 6
  • DOI: 10.1103/physrevc.99.064616
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Comparison of heavy-ion transport simulations: Collision integral with pions and Δ resonances in a box (2019)
  • 著者名/発表者名: Akira Ono, Jun Xu, Maria Colonna, Pawel Danielewicz, Che Ming Ko, Manyee Betty Tsang, Yong-Jia Wang, Hermann Wolter, Ying-Xun Zhang, et al.
  • 雑誌名: Phys. Rev. C 巻: 100 号: 4
  • DOI: 10.1103/physrevc.100.044617
  • NAID: 120006956356
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Dynamics of clusters and fragments in heavy-ion collisions (2019)
  • 著者名/発表者名: Akira Ono
  • 雑誌名: Prog. Part. Nucl. Phys. 巻: 105 ページ: 139-179
  • DOI: 10.1016/j.ppnp.2018.11.001
  • 査読あり
• [雑誌論文] Cluster correlation and fragment emission in 12C + 12C at 95 MeV/nucleon (2018)
  • 著者名/発表者名: G. Tian, Z. Chen, R. Han, F. Shi, F. Luo, Q. Sun, L. Song, X. Zhang, G. Q. Xiao, R. Wada, and A. Ono
  • 雑誌名: Physical Review C 巻: 97 号: 3
  • DOI: 10.1103/physrevc.97.034610
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Comparison of heavy-ion transport simulations: Collision integral in a box (2018)
  • 著者名/発表者名: Ying-Xun Zhang, Yong-Jia Wang, Maria Colonna, Pawel Danielewicz, Akira Ono, Manyee Betty Tsang, Hermann Wolter, Jun Xu et al.
  • 雑誌名: Physical Review C 巻: 97 号: 3 ページ: 034625-034625
  • DOI: 10.1103/physrevc.97.034625
  • NAID: 120006497339
  • 査読あり / 国際共著
• [学会発表] Exploring EOS in heavy-ion collisions with transport models (2022)
  • 著者名/発表者名: Akira Ono
  • 学会等名: Pioneering Session on the Equation of State of Nuclaer Matter, Spring Meeting of the Korean Physical Society
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 重イオン衝突でのπ中間子生成に関するΔ共鳴の閾値効果 (2021)
  • 著者名/発表者名: 小野章，池野なつ美
  • 学会等名: 日本物理学会 2021 年秋季大会
• [学会発表] 重イオン衝突におけるπ中間子生成と高密度対称エネルギー (2021)
  • 著者名/発表者名: 池野なつ美，小野章
  • 学会等名: 日本物理学会 2021 年秋季大会
• [学会発表] Light clusters in dynamic evolution of heavy-ion collisions (2021)
  • 著者名/発表者名: A. Ono
  • 学会等名: NuSYM21: International Symposium on Nuclear Symmetry Energy
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Transport model approach for clusters in heavy-ion collision dynamics (2021)
  • 著者名/発表者名: A. Ono
  • 学会等名: IWM-EC 2021: International Workshop on Multi-facets of EOS and Clustering
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Pauli and cluster correlations (2019)
  • 著者名/発表者名: Akira Ono
  • 学会等名: ECT* Workshop "Challenges to Transport Theory for Heavy-Ion Collisions"
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] AMD+JAM and pion homework (2019)
  • 著者名/発表者名: Akira Ono
  • 学会等名: Meeting on Heavy-Ion Transport Code Comparison
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Effects of cluster correlations and symmetry energy in heavy-ion collisions (2019)
  • 著者名/発表者名: Akira Ono
  • 学会等名: NuSYM2019: 9th International Symposium on Nuclear Symmetry Energy
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Pauli blocking effects on pion production in AMD+JAM approach (2018)
  • 著者名/発表者名: Akira Ono
  • 学会等名: International Workshop on Nuclear Dynamics in Heavy-Ion Reactions (IWND2018)
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Interplay between cluster correlations and collision dynamics (2018)
  • 著者名/発表者名: Akira Ono
  • 学会等名: NuSYM18: 8th International Symposium on Nuclear Symmetry Energy
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Summary of HW3 results (2018)
  • 著者名/発表者名: Akira Ono
  • 学会等名: Transport Workshop 2018
  • 国際学会
• [学会発表] Pauli blocking effects on pion production in heavy-ion collisions (2018)
  • 著者名/発表者名: Natsumi Ikeno
  • 学会等名: NuSYM18: 8th International Symposium on Nuclear Symmetry Energy
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Impacts of cluster correlations on heavy-ion collision dynamics (2018)
  • 著者名/発表者名: Akira Ono
  • 学会等名: NN2018: 13th International Conference on Nucleus-Nucleus Collisions
  • 国際学会
• [学会発表] 輸送模型計算におけるπ生成 (2018)
  • 著者名/発表者名: 小野章
  • 学会等名: 新学術領域「中性子星核物質」理論班主催研究会2018
• [学会発表] Light clusters and light nuclei in collision dynamics (2017)
  • 著者名/発表者名: Akira Ono
  • 学会等名: 7th International Symposium on Nuclear Symmetry Energy
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Status of HW3 -- Pion Production (2017)
  • 著者名/発表者名: Akira Ono
  • 学会等名: 7th International Symposium on Nuclear Symmetry Energy
  • 国際学会
• [学会発表] Pauli blocking effects on pion production in central collisions of neutron-rich nuclei (2017)
  • 著者名/発表者名: Natsumi Ikeno
  • 学会等名: 7th International Symposium on Nuclear Symmetry Energy
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 中性子過剰な原子核衝突におけるπ中間子生成に対するパウリブロッキング効果 (2017)
  • 著者名/発表者名: 池野なつ美，小野章，奈良寧，大西明
  • 学会等名: 日本物理学会2017年秋季大会