天体環境における電子捕獲率、β崩壊率の評価と元素合成

• 研究課題/領域番号: 19K03855
• 研究種目: 基盤研究(C)
• 配分区分: 基金
• 応募区分: 一般
• 審査区分: 小区分15010:素粒子、原子核、宇宙線および宇宙物理に関連する理論
• 研究機関: 日本大学
• 研究代表者: 鈴木 俊夫 日本大学, 文理学部, 研究員 (70139070)
• 研究期間 (年度): 2019-04-01 – 2023-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2022年度)
• 配分額: 2,600千円 (直接経費: 2,000千円、間接経費: 600千円); 2021年度: 910千円 (直接経費: 700千円、間接経費: 210千円); 2020年度: 910千円 (直接経費: 700千円、間接経費: 210千円); 2019年度: 780千円 (直接経費: 600千円、間接経費: 180千円)
• キーワード: 電子捕獲反応 / ベータ崩壊 / 殻模型 / スピン依存型遷移 / 元素合成 / 核Urca過程 / ニュートリノ‐原子核反応 / 中性子ドリップ線・ハロー / ガモフ・テラー遷移 / ニュートリノー原子核反応 / 禁止遷移 / Urca過程 / スピン応答 / ベータ崩壊反応 / 中性子ドリップ線 / 中性子ハロー / 電子捕獲

研究開始時の研究の概要

原子核のスピン応答を正確に記述し、崩壊線近傍までの殻進化を再現できる殻模型ハミルトニアンを用いて、高温、高圧の天体環境条件下での電子捕獲率、β崩壊率の精密な評価を、sd殻核、pf殻核から二主殻が関係するsd-pf殻、pf-gds殻の核領域に研究対象を拡張して行う。 また、19Fの合成に重要なニュートリノ－20Ne 核反応の再評価を行う。元素合成および核Urca過程による星の冷却の計算に必要な精密な核データの蓄積を系統的に範囲を拡げて提供することによって、原子核分野での不安定核の研究、核構造研究の精密化の成果を、天体での元素合成、星の進化の分野の研究に有効に反映させる。

研究成果の概要

天体環境下での弱遷移率、すなわち電子捕獲率、β崩壊率のより正確な評価を、ガモフ・テラー遷移だけでなく第一、第二禁止遷移も含めて行った。sd-pf, pf-sdg 殻のような二主殻が関与する核領域にも対象を拡張して、天体での元素合成過程や核Urca過程、星の進化に重要な弱遷移率の蓄積を行った。これらの弱遷移率は星での元素合成、星の冷却・加熱、進化の最終過程の研究に適用された。また、陽子数Z=9-12の同位体では、中性子ドリップ線の決定に核力のモノポール成分以外の四重極成分が重要な役割を果たしていることを明らかにし、これまで発見された中で最も重い二中性子ハロー核29Fの構造の解明を行った。

研究成果の学術的意義や社会的意義

核領域を拡張し、禁止遷移も含めた天体環境での精密な弱遷移率の新たな評価は、天体での元素合成や星の進化の分野の研究へ応用、反映させることによって、原子核物理、天体物理分野間の共同研究、両分野間の研究のフィードバックをさらに推進させる。また、それぞれの分野での研究も、原子核物理では、二主殻に適用できる有効相互作用の新しい求め方の開発、配位空間の拡張などの点でさらに発展することが期待される。分野の垣根を越えた研究成果は、一般社会での興味と関心を引き、その理解を深めることに貢献する。

研究成果

• [国際共同研究] Beihang University/Sun Yat-Sen University(中国)
• [国際共同研究] Saint Mary's University(カナダ)
• [国際共同研究] Indian Institute of Tecghnology(インド)
• [国際共同研究] Beihan University(中国)
• [国際共同研究] University of Wisconsin/Western Michigan University(米国)
• [国際共同研究] Indian Institute of Technology Rookee(インド)
• [国際共同研究] Wisconsin University/Western Michigan University(米国)
• [国際共同研究] Beihan University(中国)
• [国際共同研究] Saint Mary's University(カナダ)
• [国際共同研究] Univ. of Santiago de Compostela(スペイン)
• [国際共同研究] University of Wisconsin/Western Michigan University/Michiga State University(米国)
• [国際共同研究] Beihan University/University of Hong Kong(中国)
• [国際共同研究] Indian Institute of Technology Rookee(インド)
• [国際共同研究] GANIL(フランス)
• [国際共同研究] Max Plank Institute(ドイツ)
• [雑誌論文] Study of structure and radii for 20-31Na isotopes using microscopic interactions (2023)
  • 著者名/発表者名: Sahoo Subhrajit、Srivastava Praveen C.、Suzuki Toshio
  • 雑誌名: Nuclear Physics A 巻: 1032 ページ: 122618-122618
  • DOI: 10.1016/j.nuclphysa.2023.122618
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Detection of the 4.4-MeV gamma rays from 16O(ν, ν′)16O(12.97 MeV, 2-) with a water Cherenkov detector in supernova neutrino bursts (2023)
  • 著者名/発表者名: Sakuda Makoto、Suzuki Toshio、Reen Mandeep Singh、Nakazato Ken'ichiro、Suzuki Hideyuki
  • 雑誌名: Progress of Theoretical and Experimental Physics 巻: 2023 号: 1 ページ: 1-21
  • DOI: 10.1093/ptep/ptac168
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Roles of Spin-dependent Transitions in Nuclei on Astrophysical Processes in Stars (2022)
  • 著者名/発表者名: T. Suzuki, M. Honma, N. Shimizu, T. Otsuka, K. Mori and T. Kajino
  • 雑誌名: JPS Conference Proceedings 巻: 37 ページ: 1-6
  • DOI: 10.7566/jpscp.37.020903
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Shell-model study on spectroscopic properties in the region “south” of 208Pb (2022)
  • 著者名/発表者名: Yuan Cenxi、Liu Menglan、Shimizu Noritaka、Podolyak Zs.、Suzuki Toshio、Otsuka Takaharu、Liu Zhong
  • 雑誌名: Physical Review C 巻: 106 号: 4
  • DOI: 10.1103/physrevc.106.044314
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Proton Distribution Radii of 16-24O: Signatures of New Shell Closures and Neutron Skin (2022)
  • 著者名/発表者名: Kaur S.、Kanungo R.、Horiuchi W.、Hagen G.、Holt J.D.、Hu B. S.、Miyagi T.、Suzuki T.、Ameil F.、Atkinson J.、Ayyad Y.、Bagchi S.、et al.
  • 雑誌名: Physical Review Letters 巻: 129 号: 14 ページ: 142502-142502
  • DOI: 10.1103/physrevlett.129.142502
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Weak Interactions in Evolving Stars (2022)
  • 著者名/発表者名: Suzuki Toshio
  • 雑誌名: Handbook of Nuclear Physics 巻: - ページ: 1-22
  • DOI: 10.1007/978-981-15-8818-1_117-1
  • ISBN: 9789811588181
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Shell-model description for the properties of the forbidden β- decay in the region “northeast” of 208Pb (2022)
  • 著者名/発表者名: Sharma Shweta、Srivastava Praveen C.、Kumar Anil、Suzuki Toshio
  • 雑誌名: Physical Review C 巻: 106 号: 2
  • DOI: 10.1103/physrevc.106.024333
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Nuclear weak rates and nuclear weak processes in stars (2022)
  • 著者名/発表者名: Suzuki Toshio
  • 雑誌名: Progress in Particle and Nuclear Physics 巻: 126 ページ: 103974-103974
  • DOI: 10.1016/j.ppnp.2022.103974
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Screening Effects on Electron-Capture Rates and Type Ia Supernova Nucleosynthesis (2022)
  • 著者名/発表者名: Suzuki Toshio、Mori Kanji、Honma Michio、Famiano Michael A.、Kajino Toshitaka、Kusakabe Motohiko、Balantekin A. Baha
  • 雑誌名: EPJ Web of Conferences 巻: 260 ページ: 06004-06004
  • DOI: 10.1051/epjconf/202226006004
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Neutron-proton pairing in the N=Z radioactive fp-shell nuclei 56Ni and 52Fe probed by pair transfer (2022)
  • 著者名/発表者名: Le Crom B.、Assie M.、Blumenfeld Y.、Guillot J.、Sagawa H.、Suzuki T.、Honma M.、Achouri N.L.、Bastin B.、Borcea R.、Catford W.N.、Clement E.、Caceres L.、Caamano M.、Corsi A.、De France G.、Delaunay F.、De Sereville N.、Fernandez-Dominguez B.、et al.
  • 雑誌名: Physics Letters B 巻: 829 ページ: 137057-137057
  • DOI: 10.1016/j.physletb.2022.137057
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Isovector density and isospin impurity in 40Ca (2022)
  • 著者名/発表者名: Sagawa H.、Yoshida S.、Naito T.、Uesaka T.、Zenihiro J.、Tanaka J.、Suzuki T.
  • 雑誌名: Physics Letters B 巻: 829 ページ: 137072-137072
  • DOI: 10.1016/j.physletb.2022.137072
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Structure of Two-Neutron Halo in Light Exotic Nuclei (2021)
  • 著者名/発表者名: Suzuki Toshio、Otsuka Takaharu
  • 雑誌名: Few-Body Systems 巻: 62 号: 3
  • DOI: 10.1007/s00601-021-01612-5
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Structure of 46,47Ca from β-decay of 46,47K in the framework of the nuclear shell model (2021)
  • 著者名/発表者名: Choudhary Priyanka、Kumar Anil、Srivastava Praveen C.、Suzuki Toshio
  • 雑誌名: Physical Review C 巻: 103 号: 6
  • DOI: 10.1103/physrevc.103.064325
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Complete set of bound negative-parity states in the neutron-rich nucleus 18N (2021)
  • 著者名/発表者名: Ziliani S.、Ciemala M.、Crespi F. C. L.、Leoni S.、Fornal B.、Suzuki T.、Otsuka T.、Maj A.、Bednarczyk P.、Benzoni G.、Bracco A.、Boiano C.、Bottoni S.、Brambilla S.、Bast M.、Beckers M.、Braunroth T.、Camera F.、et al.
  • 雑誌名: Physical Review C 巻: 104 号: 4
  • DOI: 10.1103/physrevc.104.l041301
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Energy-weighted sum rule for Gamow-Teller giant resonances in high-spin isomeric states of N=Z nuclei (2021)
  • 著者名/発表者名: Sasano M.、Sagawa H.、Suzuki T.、Honma M.
  • 雑誌名: Physical Review C 巻: 103 号: 1
  • DOI: 10.1103/physrevc.103.014308
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Two-Neutron Halo is Unveiled in 29F (2020)
  • 著者名/発表者名: S. Bagchi, R. Kanungo, Y. K. Tanaka, H. Geissel, P. Doornenbal, W. Horiuchi, G. Hagen, T. Suzuki, N. Tsunoda, D. S. Ahn, H. Baba, K. Behr, F. Browne, S. Chen, M. L. Cortes, A. Estrade, N. Fukuda, M. Holl, K. Itahashi, N. Iwasa et al.
  • 雑誌名: Physical Review Letters 巻: 124 号: 22 ページ: 2225041-7
  • DOI: 10.1103/physrevlett.124.222504
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Explaining the variations in isotopic ratios in meteoritic amino acids (2020)
  • 著者名/発表者名: M. A. Famiano, R. N. Boyd, T. Kajino, S. Chiba, Y. Mo, T. Onaka, and T. Suzuki
  • 雑誌名: Astrobiology 巻: 20 号: 8 ページ: 964-976
  • DOI: 10.1089/ast.2019.2186
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] The impact of nuclear shape on the emergence of the neutron dripline (2020)
  • 著者名/発表者名: Tsunoda Naofumi、Otsuka Takaharu、Takayanagi Kazuo、Shimizu Noritaka、Suzuki Toshio、Utsuno Yutaka、Yoshida Sota、Ueno Hideki
  • 雑誌名: Nature 巻: 587 号: 7832 ページ: 66-71
  • DOI: 10.1038/s41586-020-2848-x
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Low-lying single-particle structure of 17C and the N=14 sub-shell closure (2020)
  • 著者名/発表者名: Pereira-Lopez X.、Fernandez-Dominguez B.、Delaunay F.、Achouri N.L.、Orr N.A.、Catford W.N.、Assie M.、Bailey S.、Bastin B.、Blumenfeld Y.、Borcea R.、Caamano M.、Caceres L.、Clement E.、Corsi A.、Curtis N.、Deshayes Q.、... Otsuka T.、... Suzuki T.、Thomas J.C et al.
  • 雑誌名: Physics Letters B 巻: 811 ページ: 135939-135939
  • DOI: 10.1016/j.physletb.2020.135939
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Screening Effects on Electron Capture Rates and Type Ia Supernova Nucleosynthesis (2020)
  • 著者名/発表者名: Mori Kanji、Suzuki Toshio、Honma Michio、Famiano Michael A.、Kajino Toshitaka、Kusakabe Motohiko、Balantekin A. Baha
  • 雑誌名: The Astrophysical Journal 巻: 904 号: 1 ページ: 29-29
  • DOI: 10.3847/1538-4357/abbb32
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Neutrino-nucleus reactions on oxygen and neon for nucleosynthesis and supernova neutrino detection (2020)
  • 著者名/発表者名: Suzuki Toshio、Chiba Satoshi、Yoshida Takashi、Nakazato Ken’ichiro、Sakuda Makoto、Takahashi Koh、Umeda Hideyuki
  • 雑誌名: Journal of Physics: Conference Series 巻: 1643 号: 1 ページ: 012027-012027
  • DOI: 10.1088/1742-6596/1643/1/012027
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Shell model results for nuclear β^{-}-decay properties of sd-shell nuclei (2020)
  • 著者名/発表者名: Kumar Anil、Srivastava Praveen C、Suzuki Toshio
  • 雑誌名: Progress of Theoretical and Experimental Physics 巻: 2020 号: 3
  • DOI: 10.1093/ptep/ptaa012
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Nuclear Weak Rates for Astrophysical Processes in Stars (2020)
  • 著者名/発表者名: Suzuki Toshio、Chiba Satoshi、Yoshida Takashi、Balantekin A. Baha、Kajino Toshitaka、Honma Michio、Tsunoda Yusuke、Tsunoda Naofumi、Shimizu Noritaka
  • 雑誌名: JPS Conf. Proc. 巻: 31
  • DOI: 10.7566/jpscp.31.011039
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Evolution of shell structure in exotic nuclei (2020)
  • 著者名/発表者名: Otsuka Takaharu、Gade Alexandra、Sorlin Olivier、Suzuki Toshio、Utsuno Yutaka
  • 雑誌名: Reviews of Modern Physics 巻: 92 号: 1
  • DOI: 10.1103/revmodphys.92.015002
  • NAID: 120007038621
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Neutrino-13C cross sections at supernova neutrino energies (2019)
  • 著者名/発表者名: Suzuki T、Balantekin A B、Kajino T、Chiba S
  • 雑誌名: Journal of Physics G: Nuclear and Particle Physics 巻: 46 号: 7 ページ: 075103-075103
  • DOI: 10.1088/1361-6471/ab1c11
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Measurement of γ rays from giant resonances excited by the C12(p,p′) reaction at 392 MeV and 0° (2019)
  • 著者名/発表者名: Reen M. S.、Ou I.、Sudo T.、Fukuda D.、Mori T.、Ali A.、Koshio Y.、Sakuda M.、Tamii A.、Aoi N.、Yosoi M.、Ideguchi E.、Suzuki T.、Yamamoto T.、Iwamoto C.、Kawabata T.、Adachi S.、Tsumura M.、Murata M.、Furuno T.、Akimune H.、Yano T.、Suzuki T.、Dhir R.
  • 雑誌名: Physical Review C 巻: 100 号: 2 ページ: 024615-024615
  • DOI: 10.1103/physrevc.100.024615
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Electron-capture Rates in 20Ne for a Forbidden Transition to the Ground State of 20F Relevant to the Final Evolution of High-density O-Ne-Mg Cores (2019)
  • 著者名/発表者名: Suzuki Toshio、Zha Shuai、Leung Shing-Chi、Nomoto Ken’ichi
  • 雑誌名: The Astrophysical Journal 巻: 881 号: 1 ページ: 64-64
  • DOI: 10.3847/1538-4357/ab2b93
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Evolution of ONeMg Core in Super-AGB Stars toward Electron-capture Supernovae: Effects of Updated Electron-capture Rate (2019)
  • 著者名/発表者名: Zha Shuai、Leung Shing-Chi、Suzuki Toshio、Nomoto Ken’ichi
  • 雑誌名: The Astrophysical Journal 巻: 886 号: 1 ページ: 22-22
  • DOI: 10.3847/1538-4357/ab4b4b
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Forbidden transitions in nuclear weak processes relevant to neutrino detection, nucleosynthesis and evolution of stars (2019)
  • 著者名/発表者名: Suzuki Toshio、Chiba Satoshi、Yoshida Takashi、Takahashi Koh、Umeda Hideyuki、Nomoto Ken’ichi
  • 雑誌名: EPJ Web of Conferences 巻: 223 ページ: 1063-1063
  • DOI: 10.1051/epjconf/201922301063
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [学会発表] Neutrino-nucleus reactions on 40Ar, 16O and 18O (2023)
  • 著者名/発表者名: Toshio Suzuki
  • 学会等名: US-Japan Workshop on "Neutrino Interaction Measurements for Supernova Neutrino Detection"
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Theoretical approach to the weak rates for nuclear astrophysics (2022)
  • 著者名/発表者名: Toshio Suzuki
  • 学会等名: 16th International Symposium on the Origin of Matter and Evolution of Galaxies (OMEG16)
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Neutrino-nucleus reactions induced by supernova neutrinos (2022)
  • 著者名/発表者名: Toshio Suzuki
  • 学会等名: International School of Nuclear Physics, 43rd Course, Neutrinos in Cosmology, Astro-, Particle- and Nuclear Physics
  • 国際学会
• [学会発表] Shell Evolution and Structure of Two-Neutron Halo in Exotic Nuclei (2022)
  • 著者名/発表者名: Toshio Suzuki and Takaharu Otsuka
  • 学会等名: The 28th International Nuclear Physics Conference (INPC2022)
  • 国際学会
• [学会発表] Electroweak nuclear structure: Nuclear weak rates for nuclear astrophysics based on nuclear structure studies (2022)
  • 著者名/発表者名: Toshio Suzuki
  • 学会等名: Origin of Elements and Cosmic Evolution
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Shell-model study of nuclear weak rates relevant to astrophysical processes in stars (2022)
  • 著者名/発表者名: Toshio Suzuki, N. Shimizu, Y. Tsunoda, T. Otsuka and K. Nomoto
  • 学会等名: 13th International Spring Seminar on Nuclear Physics
  • 国際学会
• [学会発表] Screening Effects on Electron Capture Rates and Type Ia Supernova Nucleosynthesis (2021)
  • 著者名/発表者名: T. Suzuki, K. Mori, M. Honma, M. A. Famiano, T. Kajino, M. Kusakabe and A. B. Balantekin
  • 学会等名: The 16th Int. Symposium on Nuclei in the Cosmos
  • 国際学会
• [学会発表] Roles of spin-dependent transitions in nuclei on astrophysical processes in stars (2021)
  • 著者名/発表者名: T. Suzuki, M. Honma, N. Shimizu, T. Otsuka, K. Mori and T. Kajino
  • 学会等名: The 24th International Spin Symposium
  • 国際学会
• [学会発表] Structure of two-neutron halo in light exotic nuclei (2021)
  • 著者名/発表者名: Toshio Suzuki and Takaharu Otsuka
  • 学会等名: Yamada Conference LXXII: 8th Asia-Pacific Conference on Few-Body Problems in Physics
  • 国際学会
• [学会発表] Neutrino-induced reactions on 13C and 16O at supernova energies (2020)
  • 著者名/発表者名: Toshio Suzuki, A. Baha Balantekin, Toshitaka Kajino, and Satoshi Chiba
  • 学会等名: Conference on Neutrino and Nuclear Physics (CNNP2020)
  • 国際学会
• [学会発表] Electron-capture rates in a forbidden transition in 20Ne (2019)
  • 著者名/発表者名: Toshio Suzuki
  • 学会等名: International Workshop on electron-Capture Initiated Stellar Collapse
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Forbidden transitions in nuclear weak processes relevant to neutrino detection, nucleosynthesis and evolution of stars (2019)
  • 著者名/発表者名: Toshio Suzuki, Satoshi Chiba, Takashi Yoshida, Koh Takahashi, Hideyuki Umeda, and Ken'ichi Nomoto
  • 学会等名: The IV International Conference on Nuclear Structure and Dynamics (NSD2019)
  • 国際学会
• [学会発表] Formation of two-neutron halo at the dripline (2019)
  • 著者名/発表者名: Toshio Suzuki
  • 学会等名: International Workshop on Challenges in Direct Nuclear Reactions
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Neutrino-nucleus reactions on oxygen and neon for nucleosynthesis and supernova neutrino detection (2019)
  • 著者名/発表者名: Toshio Suzuki, Satoshi Chiba, Takashi Yoshida, Koh Takahashi, Hideyuki Umeda, Ken'ichiro Nakazato, and Makoto Sakuda
  • 学会等名: International Nuclear Physics Conference 2019 (INPC2019)
  • 国際学会
• [学会発表] Neutrino-nucleus reactions and scatterings for neutrino detection (2019)
  • 著者名/発表者名: Toshio Suzuki
  • 学会等名: International School of Nuclear Physics, 41th Course, Star Mergers, Gravitational Waves, Dark Matter and Neutrinos in Nuclear, Particle and Astro-Physics and in Cosmology
  • 国際学会
• [学会発表] Roles of nuclear weak rates on astrophysical processes in stars (2019)
  • 著者名/発表者名: Toshio Suzuki
  • 学会等名: Internationa Workshop on Origin of Elements and Cosmic Evolution: From Big-Bang to Supernovae and Mergers
  • 国際学会 / 招待講演
• [備考] Electron-eating neon causes star to collapse
  • URL: https://www.ipmu.jp/en/20200330-ElectronCapture