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原子核密度汎関数理論で記述するr過程元素合成と中性子星物性

研究課題

研究課題/領域番号 20K03945
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
研究機関新潟大学

研究代表者

松尾 正之  新潟大学, 自然科学系, 教授 (70212214)

研究期間 (年度) 2020-04-01 – 2025-03-31
研究課題ステータス 交付 (2023年度)
配分額 *注記
4,290千円 (直接経費: 3,300千円、間接経費: 990千円)
2023年度: 780千円 (直接経費: 600千円、間接経費: 180千円)
2022年度: 910千円 (直接経費: 700千円、間接経費: 210千円)
2021年度: 910千円 (直接経費: 700千円、間接経費: 210千円)
2020年度: 1,690千円 (直接経費: 1,300千円、間接経費: 390千円)
キーワード中性子星内殻 / 超流体音波 / 中性子過剰核 / 中性子捕獲反応 / 密度汎関数理論 / 対凝縮エネルギー / 対移行強度 / エントレインメント効果 / 中性子捕獲反応理論 / 原子核密度汎関数理論 / 中性子過剰原子核 / 近接効果 / 励起状態間遷移 / 原子核密度汎関数 / r過程元素合成
研究開始時の研究の概要

中性子星や重力波などの観測により研究の進展が予想されるr過程元素合成や中性子星の諸現象には、中性子過剰なエキゾチック核子多体系に現れる特徴的な物理機構が反映していると考えられる。本研究では、最新の不安定原子核研究の成果を反映することができる原子核密度汎関数理論、特に量子多体相関を表現できる連続状態QRPA理論を用いて、r過程での中性子直接捕獲反応、および、中性子星内殻物質の巨視的物性(弾性率、熱伝導率)を記述する。これにより、中性子過剰核や中性子超流体に現れる種々の特徴的な励起モードがr過程元素合成反応や中性子星内殻の地震動や熱伝搬に及ぼす影響を明らかにする。

研究実績の概要

1.中性子星内殻における中性子超流体の研究:前年度に引き続き、a.中性子対相関の対凝縮エネルギーの定量化手法の開発、b. 中性子超流体の集団励起と中性子過剰原子核の相互作用の研究を遂行した。
a.対移行演算子の強度関数と対凝縮エネルギーの関係を示す学術論文を出版した。また、(He-4, He-6)反応実験と比較検証するための手法について検討を進めた。
b.中性子内核物質において中性子過剰核と超流体音波との相互作用をモデル化するボーズ粒子模型を構築し、音波波動関数の空間的振る舞い、音波―原子核の散乱位相差、および相互作用行列要素を記述した。微視的な密度汎関数+線形応答計算と比較検討を行い、両者の相違について分析した。同一の相互作用行列要素を与える条件から、ボーズ凝縮模型のパラメータが決定できることを見出した。

2.原子核密度汎関数理論による中性子過剰原子核の中性子捕獲反応の微視的記述: 前年度の成果を発展させ、中性子・陽子ともに開殻配位にある原子核を記述できるよう、対相関効果を取り入れた理論的拡張を定式化し、数値計算コードも完成させた。この拡張理論を用いて中性子過剰Zn,Ge原子核を対象とした数値分析を進め、4重極、8重極集団振動に関わる新たな共鳴捕獲が中性子捕獲に影響を与えることを見出した。成果の一部を国際学会で発表した。また、中性子過剰炭素原子核における中性子対相関に起因して生じる準粒子共鳴に関する学術論文を発表した。

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

3: やや遅れている

理由

上記1-aおよび2に関して、本年度大きく進展し重要な研究結果を得つつある。1-aに関しては、ボーズ粒子模型のパラメータ決定方法が機能することを見出し、その成果を学術論文として発表すべく執筆を進めているが、詰めの分析が必要となり、投稿に至っていない。2に関しても、4重極・8重極の集団振動状態が中性子捕獲に大きな影響を与えるという新しい知見を得て論文執筆を進めているが、投稿に至っていないことから。令和6年度中に論文発表を行うため、研究期間を延長した。

今後の研究の推進方策

上記1-bと2の研究に関して、研究結果の細部についての確認、結果の解釈などについて研究を行うとともに、論文執筆を進め、令和6年度中に論文を発表する。

報告書

(4件)
  • 2023 実施状況報告書
  • 2022 実施状況報告書
  • 2021 実施状況報告書
  • 2020 実施状況報告書
  • 研究成果

    (27件)

すべて 2024 2023 2022 2021 2020

すべて 雑誌論文 (5件) (うち査読あり 5件、 オープンアクセス 2件) 学会発表 (22件) (うち国際学会 5件、 招待講演 2件)

  • [雑誌論文] Continuum random-phase approximation for <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>γ</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:math> reactions on neutron-rich nuclei: Collective effects and resonances2023

    • 著者名/発表者名
      Saito Teruyuki、Matsuo Masayuki
    • 雑誌名

      Physical Review C

      巻: 107 号: 6 ページ: 064607-064607

    • DOI

      10.1103/physrevc.107.064607

    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Higgs response and pair condensation energy in superfluid nuclei2023

    • 著者名/発表者名
      Takahashi Kengo、Matsuda Yusuke、Matsuo Masayuki
    • 雑誌名

      Progress of Theoretical and Experimental Physics

      巻: 2023 号: 8

    • DOI

      10.1093/ptep/ptad088

    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Quasiparticle resonance in decay spectrum of unbound nuclei near neutron drip-line2023

    • 著者名/発表者名
      Kobayashi Yoshihiko、Matsuo Masayuki
    • 雑誌名

      Physical Review C

      巻: 108 号: 3 ページ: 034313-034313

    • DOI

      10.1103/physrevc.108.034313

    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Continuum random-phase approximation for γ transitions between excited states in neutron-rich nuclei2021

    • 著者名/発表者名
      Teruyuki Saito and Masayuki Matsuo
    • 雑誌名

      Physical Review C

      巻: 104 号: 3 ページ: 034305-034305

    • DOI

      10.1103/physrevc.104.034305

    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Proximity effect of pair correlation in the inner crust of neutron stars2020

    • 著者名/発表者名
      Okihashi Toshiyuki、Matsuo Masayuki
    • 雑誌名

      Progress of Theoretical and Experimental Physics

      巻: 2021 号: 2

    • DOI

      10.1093/ptep/ptaa174

    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [学会発表] 連続状態準粒子乱雑位相近似による中性子過剰核の中性子捕獲2024

    • 著者名/発表者名
      斉藤照之, 松尾正之
    • 学会等名
      日本物理学会春季大会
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
  • [学会発表] Density functional approach to radiative neutron capture reactions on r-process nuclei2023

    • 著者名/発表者名
      T. Saito and M. Matsuo
    • 学会等名
      Sixth Joint Meeting of the Nuclear Physics Divisions of JPS and APS
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] 密度汎関数理論に基づく中性子捕獲反応の微視的記述2023

    • 著者名/発表者名
      松尾正之、斉藤照之
    • 学会等名
      九州大学理論核物理研究会「現代核物理の広がりと展望」
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Higgs mode and pair transfer responses in superfluid nuclei2023

    • 著者名/発表者名
      松尾正之
    • 学会等名
      RCNP研究会 Microscopic approach from pair correlation to pair condensation
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
  • [学会発表] Study of superfluid phonon in the inner crust of neutron stars using Gross-Pitaevski and Bogoliubov theories,2023

    • 著者名/発表者名
      A. Nishiwaki and M. Matsuo
    • 学会等名
      The 6th workshop on many-body correlations in microscopic nuclear model, Sado
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
  • [学会発表] 21Cの崩壊スペクトルにおける準粒子共鳴の効果2023

    • 著者名/発表者名
      小林良彦, 松尾正之
    • 学会等名
      日本物理学会年次大会
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
  • [学会発表] Gross-Pitaevskii及びBogoliubov理論を用いた中性子星内殻における超流体音波の研究2023

    • 著者名/発表者名
      西脇新, 松尾正之
    • 学会等名
      日本物理学会年次大会
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
  • [学会発表] 連続状態乱雑位相近似による直接中性子捕獲の方法2023

    • 著者名/発表者名
      斉藤照之, 松尾正之
    • 学会等名
      研究会「中性子捕獲反応で迫る宇宙の元素合成」
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
  • [学会発表] Effects of quasiparticle resonance on decay spectrum of 21C2022

    • 著者名/発表者名
      Y. Kobayashi, M.Matsuo
    • 学会等名
      International Symposium “Developments of Physics of Unstable Nuclei (YKIS2022b)”
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Continuum RPA for microscopic description of direct neutron capture on neutron-rich nuclei2022

    • 著者名/発表者名
      T. Saito, M.Matsuo
    • 学会等名
      International Symposium “Developments of Physics of Unstable Nuclei (YKIS2022b)”
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 時間依存Gross-Pitaevskii方程式による量子渦のピン留め・ピン外れ機構の研究2022

    • 著者名/発表者名
      佐々木哲平, 関澤一之, 松尾正之
    • 学会等名
      日本物理学会第77回年次大会
    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
  • [学会発表] 超流動原子核の対凝縮エネルギーを2核子移行強度関数から評価する2022

    • 著者名/発表者名
      高橋賢吾, 松田悠輔, 松尾正之
    • 学会等名
      日本物理学会第77回年次大会
    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
  • [学会発表] 密度汎関数理論と連続状態乱雑位相近似による直接中性子捕獲の研究III2022

    • 著者名/発表者名
      斉藤照之, 松尾正之
    • 学会等名
      日本物理学会第77回年次大会
    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
  • [学会発表] 密度汎関数理論と連続状態乱雑位相近似による直接中性子捕獲の研究II2021

    • 著者名/発表者名
      斉藤照之, 松尾正之
    • 学会等名
      日本物理学会2021年秋季大会
    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
  • [学会発表] 21Cの崩壊スペクトルにおけるs波準粒子共鳴2021

    • 著者名/発表者名
      小林良彦, 松尾正之
    • 学会等名
      日本物理学会2021年秋季大会
    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
  • [学会発表] 中性子ドリップライン原子核におけるs波準粒子共鳴2021

    • 著者名/発表者名
      小林良彦、松尾正之
    • 学会等名
      RCNP研究会「原子核における多様な共鳴現象と それを探る反応機構」
    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
  • [学会発表] 励起状態に遷移する直接中性子捕獲過程の連続状態乱雑位相近似による記述2021

    • 著者名/発表者名
      斉藤照之, 松尾正之
    • 学会等名
      日本物理学会年次大会
    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
  • [学会発表] 中性子星内殻におけるAnderson-Bogoliubov音波と原子核クラスターの散乱2021

    • 著者名/発表者名
      起橋俊之、松尾正之
    • 学会等名
      日本物理学会年次大会
    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
  • [学会発表] Proximity effect of pair correlation in the inner crust of neutron stars2020

    • 著者名/発表者名
      Toshiyuki Okihashi, Masayuki Matsuo
    • 学会等名
      A3F-CNS Summer School 2020
    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Pair vibrational excitation modes and pair field polarizability2020

    • 著者名/発表者名
      Kengo Takahashi, Masayuki Matsuo
    • 学会等名
      A3F-CNS Summer School 2020
    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 連続状態乱雑位相近似による励起状態間遷移への相関効果II:集団励起と直接中性子捕獲への 応用2020

    • 著者名/発表者名
      斉藤照之、松尾正之
    • 学会等名
      日本物理学会秋季大会
    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
  • [学会発表] 中性子星内殻における対相関の近接効果と集団励起2020

    • 著者名/発表者名
      起橋俊之、松尾正之
    • 学会等名
      日本物理学会秋季大会
    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書

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公開日: 2020-04-28   更新日: 2024-12-25  

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