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2018 年度 実績報告書

稀ガンマ崩壊モード探索による宇宙における元素合成過程の解明

研究課題

研究課題/領域番号 15H02091
研究機関大阪大学

研究代表者

川畑 貴裕  大阪大学, 理学研究科, 教授 (80359645)

研究分担者 久保野 茂  国立研究開発法人理化学研究所, 仁科加速器科学研究センター, 客員主管研究員 (20126048)
伊藤 正俊  東北大学, サイクロトロン・ラジオアイソトープセンター, 教授 (30400435)
松田 洋平  東北大学, サイクロトロン・ラジオアイソトープセンター, 助教 (50569043)
秋宗 秀俊  甲南大学, 理工学部, 教授 (60319829)
研究期間 (年度) 2015-04-01 – 2019-03-31
キーワード宇宙における元素合成 / 固体水素標的 / 稀ガンマ崩壊
研究実績の概要

トリプルアルファ反応はいわゆるA=5, 8の壁を乗り越えて重元素合成するための戸口反応であり、宇宙における元素合成において最も重要な反応である。トリプルアルファ反応では、2つの4He(α粒子)の共鳴状態である単寿命の8Beに、新たなα粒子が捕獲されることで3つのα粒子の共鳴状態が12C核の励起状態として生成される。

生成された3α共鳴状態の大半は再び3つのα粒子へと崩壊するが、ある確率で基底状態へガンマ崩壊して12C核の基底状態となる。すなわち、12C核の3α共鳴状態におけるアルファ崩壊に対する基底状態へのガンマ崩壊の分岐比はトリプルアルファ反応率を決定する極めて重要な物理量であり、宇宙における重元素合成の鍵を握るパラメータである。しかし、その重要性にもかかわらず、12CのEx = 9.64 MeV状態のガンマ崩壊への分岐比は極めて低く、未測定のまま残されていたため、2 GK を超える高温度下におけるトリプルアルファ反応率には大きな不定性が残されていた。

我々は、前年度に取得した測定データを解析し、12C核のEx = 9.64 MeV 状態からの稀ガンマ崩壊事象を信頼度91%で確認することに成功した。十分に高い信頼度とは言えないものの、これは世界初の成果である。今回の測定結果をもとにトリプルアルファ反応率を評価したところ、これまで、高温度下におけるトリプルアルファ反応率は天体核反応計算に広く用いられてきたライブラリ「NACRE」に収録された反応率よりも1桁程度小さいと考えられてきたが、Ex = 9.64 MeV 状態の寄与を含めるとNACREに収録された反応率と誤差の範囲内で一致することを発見した。現在、この成果を学術論文にまとめ、共著者の間で最終原稿を回覧中である。

現在までの達成度 (段落)

平成30年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

平成30年度が最終年度であるため、記入しない。

  • 研究成果

    (14件)

すべて 2020 2019 2018 その他

すべて 国際共同研究 (1件) 雑誌論文 (4件) (うち国際共著 2件、 査読あり 3件、 オープンアクセス 1件) 学会発表 (7件) (うち国際学会 4件、 招待講演 3件) 備考 (1件) 学会・シンポジウム開催 (1件)

  • [国際共同研究] ブリュッセル自由大学(ベルギー)

    • 国名
      ベルギー
    • 外国機関名
      ブリュッセル自由大学
  • [雑誌論文] 原子核におけるクラスター構造と宇宙における元素合成過程2020

    • 著者名/発表者名
      川畑貴裕
    • 雑誌名

      原子核研究

      巻: 64 Supplement 1 ページ: 13--21

  • [雑誌論文] Neutron quadrupole transition strength in C10 deduced from the C10(α,α′) measurement with the MAIKo active target2019

    • 著者名/発表者名
      Furuno T.、Kawabata T.、Adachi S.、Ayyad Y.、Kanada-En'yo Y.、Fujikawa Y.、Inaba K.、Murata M.、Ong H. J.、Sferrazza M.、Takahashi Y.、Takeda T.、Tanihata I.、Tran D. T.、Tsumura M.
    • 雑誌名

      Physical Review C

      巻: 100 ページ: 054322-1--12

    • DOI

      https://doi.org/10.1103/PhysRevC.100.054322

    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Nuclear experimental approaches towards nucleosynthesis in the universe2019

    • 著者名/発表者名
      Kawabata Takahiro
    • 雑誌名

      AIP Conference Proceedings

      巻: 2076 ページ: 030008-1--7

    • DOI

      10.1063/1.5091634

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Performance test of the MAIKo active target2018

    • 著者名/発表者名
      Furuno T.、Kawabata T.、Ong H.J.、Adachi S.、Ayyad Y.、Baba T.、Fujikawa Y.、Hashimoto T.、Inaba K.、Ishii Y.、Kabuki S.、Kubo H.、Matsuda Y.、Matsuoka Y.、Mizumoto T.、Morimoto T.、Murata M.、Sawano T.、Suzuki T.、Takada A.、Tanaka J.、Tanihata I.、Tanimori T.、Tran D.T.、Tsumura M.、Watanabe H.D.
    • 雑誌名

      Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section A: Accelerators, Spectrometers, Detectors and Associated Equipment

      巻: 908 ページ: 215~224

    • DOI

      https://doi.org/10.1016/j.nima.2018.08.042

    • 査読あり / 国際共著
  • [学会発表] Nuclear Astrophysics at RCNP2019

    • 著者名/発表者名
      Kawabata Takahiro
    • 学会等名
      JSPS/NRF/NSCF A3 Foresight Progarm “Nuclear Physics in the 21st Centruy” Joint Kick Off Meeting
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Search for Rare γ-decay Modes in 12C and Recent Activities of Kyoto-Osaka Experimental Nuclear Cluster Physics Group2019

    • 著者名/発表者名
      Kawabata Takahiro
    • 学会等名
      ECT* Trento Workshop on “Light clusters in nuclei and nuclear matter: Nuclear structure and decay, heavy-ion collisions, and astrophysics”
    • 国際学会
  • [学会発表] 極端環境下におけるトリプルアルファ反応率2019

    • 著者名/発表者名
      川畑貴裕
    • 学会等名
      宇宙核物理連絡協議会研究会
    • 招待講演
  • [学会発表] Nuclear experimental approach to cluster correlation and nucleosynthesis in the universe2019

    • 著者名/発表者名
      Kawabata Takahiro
    • 学会等名
      The 15th International Symposium on Origin of Matter and Evolution of Galaxies (OMEG15)
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] ニューラルネットワークを用いたMAIKo TPCの飛跡データの解析2019

    • 著者名/発表者名
      土井隆暢, 川畑貴裕, 古野達也
    • 学会等名
      日本物理学会第74回年次大会
  • [学会発表] ニューラルネットワークを用いたTPCの飛跡検出法の開発2019

    • 著者名/発表者名
      土井隆暢, 川畑貴裕, 古野達也
    • 学会等名
      日本物理学会2019年秋季大会
  • [学会発表] Search for rare γ-decay modes in 12C2018

    • 著者名/発表者名
      T. Kawabata, M. Tsumura and Y. Takahashi, for RCNP E404 Collaboration
    • 学会等名
      The 4th International Workshop on State of the Art in Nuclaer Cluster Physics (SOTANCP4)
    • 国際学会
  • [備考] 大阪大学大学院理学研究科 物理学専攻 原子核実験研究室

    • URL

      http://nucl.phys.sci.osaka-u.ac.jp/

  • [学会・シンポジウム開催] The 15th International Symposium on Origin of Matter and Evolution of Galaxies (OMEG15)2019

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公開日: 2021-01-27  

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