| 研究領域 | 実験と観測で解き明かす中性子星の核物質 |
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| 研究課題/領域番号 |
24105008
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| 研究機関 | 京都大学 |
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研究代表者 |
大西 明 京都大学, 基礎物理学研究所, 教授 (70250412)
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| 研究分担者 |
原田 融 大阪電気通信大学, 工学部, 教授 (70238187)
中田 仁 千葉大学, 理学(系)研究科(研究院), 教授 (80221448)
飯田 圭 高知大学, 自然科学系, 教授 (90432814)
松尾 正之 新潟大学, 自然科学系, 教授 (70212214)
木村 真明 北海道大学, 理学(系)研究科(研究院), 准教授 (50402813)
土手 昭伸 大学共同利用機関法人高エネルギー加速器研究機構, 素粒子原子核研究所, 講師 (90450361)
巽 敏隆 京都大学, 理学(系)研究科(研究院), 助教 (40155099)
小野 章 東北大学, 理学(系)研究科(研究院), 助教 (20281959)
中里 健一郎 九州大学, 基幹教育院, 助教 (80609347)
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| 研究期間 (年度) |
2012-06-28 – 2017-03-31
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| キーワード | 中性子星 / 状態方程式 / ストレンジネス / 対称エネルギー / コンパクト天体現象 / 冷却原子 / 有効相互作用 / ３体力 |
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| 研究実績の概要 |
平成27年度は(A)高密度領域、(B)低密度領域、(C)天体物理のそれぞれにおいて次のような成果を得た。
(A)高密度領域では、ハイペロン・反K中間子(Kbar)を含む3体力が重要な役割を果たす。今年度は、J-PARC E10実験における6Li(pi-,K+)生成スペクトルの解析とΣ,Λ核間ポテンシャルの分析(原田)、K-ppにおけるダブルポールの存在の可能性を指摘(土手)、Λ粒子によるBe や Ar 同位体における超変形状態の変化(木村)、J-PARC E31実験におけるK-d散乱反応断面積の3体散乱方程式による解析(大西(祥))、重イオン衝突でのハドロン相関によるハドロン相互作用の制限(森田・大西)、等の研究が進展した。
(B)低密度領域では、対称エネルギーの大きさと密度依存性を探る研究が国際的に進んでいる。今年度は、カイラル有効場理論に基づく3体力由来のスピン軌道(LS)力による球形原子核の荷電半径問題の解決(中田)、中性子星内殻における原子核励起状態の密度汎関数理論による分析(松尾、稲倉)、等の成果が得られた。また重イオン衝突において対称エネルギーやクラスター相関がπ-/π+比に反映される機構を解明した(池野・小野・大西)。
(C)天体物理では、状態方程式・非一様相、およびこれらと観測量の関係についての研究が進んでいる。今年度は、中性子星内部で現れうる超重元素の一粒子エネルギー計算(飯田)、クォーク物質での非一様カイラル相の磁性と揺らぎに対する安定性(巽・李)、強い磁場下の状態方程式と第３分岐の可能性(巽・祖谷)、非一様状態相を含むクラスター変分法による有限温度核物質状態方程式作成(中里)、等の成果を得た。
連携研究者による星震学からの状態方程式制限、冷却原子からの中性子物質状態方程式、K凝縮研究等も進んでいる。
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| 現在までの達成度 (区分) |
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
平成27年度は、それぞれの課題で大きな進展が見られた。
高密度領域に関わるストレンジネス核物理では、当初から進めていたK中間子原子核 K-ppについてダブルポール構造が存在する可能性が指摘されるという大きな成果が見られる。開始されたJ-PARC実験(E10, E31)の理論的分析も本格的に進められつつある。結合チャネル効果が観測量に及ぼす影響は３体力への重要な情報である。
低密度領域に関わる中性子過剰核の物理では、3体力の役割の一つが明確になった点が大きな進歩である。これまで2体LS力では原子核のスピン軌道分裂を説明するのに弱すぎることが長年の問題であった。今年度の大きな成果はカイラル有効場理論に基づく3体力起源のLS力により，Pb核のisotope shift kinkだけでなく半世紀近くに亘る難問であったCa40とCa48の荷電半径がほぼ等しいこともconsistentに説明できることを示した。また，この3体LS力が飽和密度に数%の影響を持ち得ることも分かった。平成27年度に開始した中性子星内殻原子核の励起状態研究でも、対相関(超流動性)が本質的な役割を果たす Anderson-Bgoliubov mode が広いエネルギー領域で現れることを発見するなど、大きな進展が見られる。
天体物理研究では昨年示した強磁場下での状態方程式の硬化が白色矮星・中性子星に続く第３分岐(クォーク星)を生み出す可能性の指摘が大きな成果といえる。また、第一原理計算から出発し、低密度での非一様性を取り入れた新たな状態方程式作成も大きな成果といえる。こうした研究の進展は、原子核の密度汎関数へのより深い理解につながっており、例えば超重元素の一粒子エネルギー計算等も行われた。
これらの進展から、本計画研究は順調に進展していると判断できる。
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| 今後の研究の推進方策 |
平成28年度は中性子星物質の(A)高密度領域、(B)低密度領域、(C)天体物理のそれぞれの課題において以下の課題に取り組む。
(A)高密度領域では、引き続きストレンジネスを含むハドロンと核子・核物質の相互作用について研究を進める。今年度は(A1)中性子過剰ハイパー核生成反応と3体力、J-PARC E05・E15実験の解析、(A2)Ξ核、ΛΛハイパー核構造とΞ核生成反応断面積、(A3)KN-πΣ結合を考慮した反K中間子原子核の構造と生成、(A4)量子異常項から現れる3体力、等の研究を進める。
(B)低密度領域では、引き続き対称エネルギーと対相関を中心に研究を進める。今年度は(B1)平均場理論と実験データに基づく対称エネルギー密度依存性、(B2)中性子星内殻における集団励起、(B3)重イオン衝突における対称エネルギー効果、SAMURAI-TPC実験の理論分析、(B4)有限核のデータに基づく3体力が状態方程式に与える影響、等の研究を進める。
(C)天体物理では、状態方程式と天体現象と中性子星物質の性質の関係、クォーク物質の性質を明らかにすることが課題である。今年度は(C1)中性子星クラスト振動から探るパスタ原子核の性質、(C2)コンパクト星内部での非一様相クォーク物質と磁気的性質、(C3)非一様状態相を含む有限温度核物質状態方程式を用いたコンパクト天体現象と対称エネルギーとの関係、(C4)クォーク物質への相転移を含む状態方程式とコンパクト星の質量・半径への影響、等の研究を進める。
また上記の領域にまたがる以下の課題を進める。(D1)ストレンジネスを伴う結合チャネル系共鳴状態の系統的研究、(D2)高エネルギー重イオン衝突での粒子相関とYY・YN力、(D3)高エネルギー重イオン衝突のフローから状態方程式の制限。
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