中性子過剰な中低密度核物質の物性

2014 年度 実績報告書

• 研究領域: 実験と観測で解き明かす中性子星の核物質
• 研究課題/領域番号: 24105005
• 研究機関: 東京工業大学
• 研究代表者: 中村 隆司 東京工業大学, 理工学研究科, 教授 (50272456)
• 研究分担者: 下浦 享 東京大学, 理学(系)研究科(研究院), 教授 (10170995)
• 研究期間 (年度): 2012-06-28 – 2017-03-31
• キーワード: 中性子星 / 不安定核 / 中性子スキン / 核物質の状態方程式 / 中性子ハロー / ダイニュートロン相関 / 非束縛核 / 少数核子系

研究実績の概要

本研究は、不安定核ビームを用いた中性子過剰核の直接反応により、標準核密度から低密度に至る中性子過剰核物質の物理的性質を調べ、中性子星の構造の解明を目指している。具体的には①中性子スキン核の核応答の研究、②希薄核密度物質中でのダイニュートロン相関の研究、③中性子数が非常に過剰な非束縛原子核の探索、という３課題に取り組んでいる。H26年度およびH27年度（H26年度の繰り越し分）については以下の成果を得ている。
①中性子過剰カルシウム同位体48,50,52Caのクーロン励起実験によるピグミー共鳴の観測をめざし、その実験の主要検出器の一つとなるガンマ線検出器アレー(CATANA)の建設を進めている。H27年度には、H26年度の繰り越し予算を利用して、前年度に決定したガンマ線検出器アレーのデザインに基づき全体の約半分を構成するCsI(Na)シンチレータを量産した。またCsI(Na)に取りつける光検出器とその高電圧印加装置の整備を行った。これらの検出器の性能テストを行い、ここで製作したほぼ全ての結晶が本研究で要求される性能を満たしていることを確認した。
②２中性子ハロー核22C,19Bのクーロン分解反応の解析を引き続き行った。並行して変形ハロー核の候補となっている29Neのクーロン分解・核力分解反応の解析を進めた。
③非束縛核25,26Oの探索実験の解析を引き続き進め、国際会議でプレリミナリーな結果について報告を行った。非束縛核27,28Oの探索実験に向け、ドイツGSIで開発された中性子検出器アレーNeuLANDを理化学研究所に輸送し設置した。一方、二重荷電交換反応4He(8He,8Be)を用いた４中性子系（テトラ中性子）探査実験の解析が完了し、学位論文となった。次世代中性子検出器開発はプロトタイプの仕様が決まり、その製作および具体的な読出しシステムを検討した。

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

本研究は、中性子数が過剰な核物質の物理的性質を探り、中性子星の構造に制限を与えることを目的としている。具体的には①中性子スキン核の核応答の研究、②希薄核密度物質中でのダイニュートロン相関の研究、③中性子数が非常に過剰な非束縛原子核の探索、の３課題に取り組んでいる。
①については、中性子スキン核である48,50,52Caのピグミー共鳴測定実験のため、ガンマ線検出器アレー(CATANA)の建設を進めている。シンチレータからの光を読み出す光電子増倍管とその高電圧印加装置を整備し、さらにCsI(Na)シンチレータ結晶を48個量産した。シンチレータと光電子増倍管を組み合わせ、48個全ての性能測定を行い、ほぼすべての結晶が本研究で要求される性能(662 keVのガンマ線の対するエネルギー分解能(FWHM)<9.5%)であることが確認できた。
②については、29Neが変形ハロー核であることを示す前駆的証拠を得た。
③については、非束縛核25O,26O,18B,21Cの解析を進め、質量、エネルギー準位の最終値が得られた。さらにテトラ中性子系の共鳴準位に相当すると考えられるピークをを初めて観測するなど、計画以上の進展がみられる。①②は研究がほぼ順調に進んでおり、③では計画以上に研究が進んでいることから、全体としてはおおむね順調に進んでいる、とした。

今後の研究の推進方策

①についてはγ線カロリメータ(CATANA)に用いられるCsI結晶の購入を終え、テストの後インストールの準備に入る。
②中性子ハロー核22C, 19Bのクーロン分解反応実験のデータ解析を引き続き進める。29Neの分解反応実験のデータ解析を完結させ、結果を論文としてまとめる。
③25O,26O, テトラ中性子のデータ解析を完結させ、結果を論文としてまとめる。28O実験の準備を進め、H27年度中に実験を行う。

研究成果

• [国際共同研究] GANIL(国立重イオン加速器研究所)/LPC-CAEN(カン素粒子物理学研究所)/IPN ORSAY(オルセー核物理研究所）(フランス)
  • 国名: フランス
  • 外国機関名: GANIL(国立重イオン加速器研究所)/LPC-CAEN(カン素粒子物理学研究所)/IPN ORSAY(オルセー核物理研究所）
• [国際共同研究] GSI(重イオン研究所）/Technical University of Darmstadt(ドイツ)
  • 国名: ドイツ
  • 外国機関名: GSI(重イオン研究所）/Technical University of Darmstadt
• [国際共同研究] Univ. of Surrey/Univ. of York(英国)
  • 国名: 英国
  • 外国機関名: Univ. of Surrey/Univ. of York
• [国際共同研究] Seoul National University(韓国)
  • 国名: 韓国
  • 外国機関名: Seoul National University
• [国際共同研究] Saint Mary’s University(カナダ)
  • 国名: カナダ
  • 外国機関名: Saint Mary’s University
• [国際共同研究]
  • 他の国数: 1
• [雑誌論文] Time-stamping system for nuclear physics experiments at RIKEN RIBF (2015)
  • 著者名/発表者名: H. Baba, T. Ichihara, T. Ohnishi, S. Takeuchi, K. Yoshida, Y. Watanabe, S. Ota, S. Shimoura, K. Yoshinaga
  • 雑誌名: Nucl. Instr. Meth. A 巻: 777 ページ: 75-79
  • DOI: 10.1016/j.nima.2014.12.051
  • 査読あり
• [雑誌論文] Observation of a p-Wave One-Neutron Halo Configuration in 37Mg (2014)
  • 著者名/発表者名: N. Kobayashi, T.Nakamura, Y.Kondo, Y.Togano et al.
  • 雑誌名: Physical Review Letters 巻: 112 ページ: 242501-1-5
  • DOI: 10.1103/PhysRevLett.112.242501
  • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Deformation-Driven p-Wave Halos at the Drip Line: 31Ne (2014)
  • 著者名/発表者名: T. Nakamura, N. Kobayashi, Y. Kondo, Y. Togano, et al.
  • 雑誌名: Physical Review Letters 巻: 112 ページ: 142501-1-5
  • DOI: 10.1103/PhysRevLett.112.142501
  • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Shell and shape evolution at N = 28: The 40Mg ground state (2014)
  • 著者名/発表者名: H. L. Crawford, Y. Kondo, T. Nakamura, S. Shimoura, Y.Togano, et al.
  • 雑誌名: Physical Review C 巻: 89 ページ: 041303(R)-1-5
  • DOI: 10.1103/PhysRevC.89.041303
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Quadrupole collectivity in island-of-inversion nuclei 28, 30Ne and 34, 36Mg (2014)
  • 著者名/発表者名: S. Michimasa, T. Nakamura, Y. Togano, et al.
  • 雑誌名: Physical Review C 巻: 89 ページ: 054307-1-9
  • DOI: 10.1103/PhysRevC.89.054307
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Neutron occupancy of the 0d5/2 orbital and the N=16 shell closure in 24O (2014)
  • 著者名/発表者名: K.Tshoo, T. Nakamura, Y. Kondo, S. Shimoura, et al.
  • 雑誌名: Physics Letters B 巻: 739 ページ: 19-22
  • DOI: 10.1016/j.physletb.2014.10.033
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Elastic scattering of 25Al+p to explore the resonance structure in 26Si (2014)
  • 著者名/発表者名: H. S. Jung, Y. Togano, T. Teranishi, et al.
  • 雑誌名: Physical Review C 巻: 90 ページ: 035805-1-8
  • DOI: 10.1103/PhysRevC.90.035805
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Rotational level structure of sodium isotopes inside the "island of inversion" (2014)
  • 著者名/発表者名: P. Doornenbal, Y. Kondo, Y. Togano et al.
  • 雑誌名: Progress of Theoretical and Experimental Physics 巻: 2014 ページ: 053D01-1-9
  • DOI: 10.1093/ptep/ptu057
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Isobaric analog resonances of Mg-31 and the border of the island of inversion (2014)
  • 著者名/発表者名: N. Imai, M. Mukai, J. Cederkall, H. Aghai, P. Golubev, H. T. Johansson, D. Kahl, J. Kurcewics, T. Teranishi, and Y.X. Watanabe
  • 雑誌名: Physical Review C 巻: 90 ページ: 011302-1-6
  • DOI: 10.1103/PhysRevC.90.011302
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] xamination of the role of the O-14(alpha, p)F-17 reaction rate in type-I x-ray bursts (2014)
  • 著者名/発表者名: J. Hu, J.J. He, A. Parikh, S.W. Xu, H. Yamaguchi, D. Kahl, P. Ma, J. Su, H.W. Wang, T. Nakao, Y. Wakabayashi, T. Teranishi, K.I. Hahn, J.Y. Moon, H.S. Jung, T. Hashimoto, A.A. Chen, D. Irvine, C.S. Lee, and S. Kubono
  • 雑誌名: Physical Review C 巻: 90 ページ: 025803-1-7
  • DOI: 10.1103/PhysRevC.90.025803
  • 査読あり / 国際共著
• [学会発表] ガンマ線カロリメータCATANAのシミュレーション (2015)
  • 著者名/発表者名: 四方瑞紀，中村隆司，栂野泰宏，近藤洋介
  • 学会等名: 日本物理学会第７０回年次大会
  • 発表場所: 早稲田大学, 東京都新宿区
  • 年月日: 2015-03-21 – 2015-03-24
• [学会発表] 中性子過剰19Bの相互作用断面積 (2015)
  • 著者名/発表者名: 齊藤敦美，近藤洋介，中村隆司他
  • 学会等名: 日本物理学会第７０回年次大会
  • 発表場所: 早稲田大学, 東京都新宿区
  • 年月日: 2015-03-21 – 2015-03-24
• [学会発表] 19,20,22Cの反応断面積 (2015)
  • 著者名/発表者名: 栂野泰宏、中村隆司他
  • 学会等名: 日本物理学会第７０回年次大会
  • 発表場所: 早稲田大学, 東京都新宿区
  • 年月日: 2015-03-21 – 2015-03-24
• [学会発表] ピグミー共鳴測定用LaBr3検出器のエネルギー較正 (2015)
  • 著者名/発表者名: 尾崎友志，中村隆司，栂野泰宏他
  • 学会等名: 日本物理学会第７０回年次大会
  • 発表場所: 早稲田大学, 東京都新宿区
  • 年月日: 2015-03-21 – 2015-03-24
• [学会発表] γ-ray detector CATANA for E1 response of neutron-rich nuclei (2015)
  • 著者名/発表者名: 栂野泰宏
  • 学会等名: ELPH Calorimeter Workshop
  • 発表場所: 東北大学電子光理学研究センター、宮城県仙台市
  • 年月日: 2015-03-09 – 2015-03-10
• [学会発表] Nuclear Matter in Neutron Stars by Experimental and Astronomical Observations (2015)
  • 著者名/発表者名: T. Nakamura
  • 学会等名: Hadrons and Hadron Interactions in QCD 2015
  • 発表場所: 京都大学基礎物理学研究所、京都府京都市
  • 年月日: 2015-03-02 – 2015-03-06
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Study of nuclei near and beyond the neutron drip line at SAMURAI at RIBF (2015)
  • 著者名/発表者名: T. Nakamura
  • 学会等名: International Workshop on “Critical Stability in Few-body Systems”
  • 発表場所: 理化学研究所、埼玉県和光市
  • 年月日: 2015-01-26 – 2015-01-30
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Nucleon transfer reactions at intermediate energy to exotic nuclei using inverse kinematics (2014)
  • 著者名/発表者名: S. Shimoura
  • 学会等名: ECT* Workshop on `From nuclear structure to particle-transfer reactions and back II'
  • 発表場所: Trento, Italy
  • 年月日: 2014-11-10 – 2014-11-10
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Nuclear Structure near and beyond the neutron drip line probed by breakup reactions (2014)
  • 著者名/発表者名: T. Nakamura
  • 学会等名: International Symposium on Physics of Unstable Nuclei
  • 発表場所: Ho Chi Minh City, Vietnam
  • 年月日: 2014-11-03 – 2014-11-08
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Development of the new gamma-ray calorimeter for the measurement of Pigmy Dipole Resonance (2014)
  • 著者名/発表者名: M.Shikata, T.Nakamura, Y.Togano, Y.Kondo
  • 学会等名: 4th Joint Meeting of the APS Division of Nuclear Physics and the Physical Society of Japan
  • 発表場所: Waikokoa, Hawaii, USA
  • 年月日: 2014-10-07 – 2014-10-11
  • 国際学会
• [学会発表] Simulation of two neutron detection for invariant mass spectroscopy of unstable nuclei (2014)
  • 著者名/発表者名: J.Tsubota
  • 学会等名: 4th Joint Meeting of the APS Division of Nuclear Physics and the Physical Society of Japan
  • 発表場所: Waikokoa, Hawaii, USA
  • 年月日: 2014-10-07 – 2014-10-11
  • 国際学会
• [学会発表] Experimental study of 25O and 26O by using SAMURAI at RIBF (2014)
  • 著者名/発表者名: Y.Kondo
  • 学会等名: 4th Joint Meeting of the APS Division of Nuclear Physics and the Physical Society of Japan
  • 発表場所: Waikokoa, Hawaii, USA
  • 年月日: 2014-10-07 – 2014-10-11
  • 国際学会
• [学会発表] Reaction cross section of 22C (2014)
  • 著者名/発表者名: Y. Togano
  • 学会等名: 4th Joint Meeting of the APS Division of Nuclear Physics and the Physical Society of Japan
  • 発表場所: Waikokoa, Hawaii, USA
  • 年月日: 2014-10-07 – 2014-10-11
  • 国際学会
• [学会発表] Investigation of the symmetry energy using electric dipole response of neutron-rich nuclei (2014)
  • 著者名/発表者名: 栂野泰宏
  • 学会等名: 「実験と観測で解き明かす中性子星の核物質」第3回研究会
  • 発表場所: 熱川温泉、静岡県賀茂郡東伊豆町
  • 年月日: 2014-09-23 – 2014-09-24
  • 招待講演
• [学会発表] Charge exchange reactions of RI-beams using SHARAQ spectrometer (2014)
  • 著者名/発表者名: S. Shimoura
  • 学会等名: NUBA Conference Series-1: Nuclear Physics and Astrophysics in Antalya
  • 発表場所: Antalya, Turkey
  • 年月日: 2014-09-15 – 2014-09-21
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Status of new calorimeter CATANA (2014)
  • 著者名/発表者名: 栂野泰宏
  • 学会等名: SAMURAI International Collaboration Workshop
  • 発表場所: 東北大学、宮城県仙台市
  • 年月日: 2014-09-08 – 2014-09-09
• [学会発表] Island of Inversion Studied by Coulomb and Nuclear Breakup (2014)
  • 著者名/発表者名: T. Nakamura
  • 学会等名: PKU-CUSTIPEN Nuclear Reaction Workshop, “Reactions and Spectroscopy of Unstable Nuclei”
  • 発表場所: Peking Univ., Beijing, China
  • 年月日: 2014-08-10 – 2014-08-14
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 中性子過剰核の電気双極子応答と核物質の状態方程式 (2014)
  • 著者名/発表者名: 栂野泰宏
  • 学会等名: 「宇宙核物理実験の現状と将来」研究会
  • 発表場所: 大阪大学核物理研究センター、大阪府吹田市
  • 年月日: 2014-08-07 – 2014-08-08
  • 招待講演
• [学会発表] Coulomb and nuclear breakup of exotic nuclei near the neutron drip line (2014)
  • 著者名/発表者名: T. Nakamura
  • 学会等名: ECT* Workshop “Breakup Reactions of Exotic Nuclei and Related Topics”
  • 発表場所: ECT*, Trento, Italy
  • 年月日: 2014-07-16 – 2014-07-18
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Weakly bound and unbound few-body nucleonic systems (2014)
  • 著者名/発表者名: T. Nakamura
  • 学会等名: Workshop “Few-body universality in atomic and nuclear physics: Recent Experimental and Theoretical Advances"
  • 発表場所: University of Washington, Seattle, USA
  • 年月日: 2014-05-12 – 2014-05-16
  • 国際学会 / 招待講演
• [備考] 中性子が多い原子核に現れる特異構造を解明
  • URL: http://www.titech.ac.jp/news/2014/027409.html
• [備考] 中性子ハローがマグネシウム同位体にも出現
  • URL: http://www.titech.ac.jp/news/2014/027999.html