強い相互作用で探る原子核中の弱い相互作用による遷移

2013 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 22540310
• 研究機関: 大阪大学
• 研究代表者: 藤田 佳孝 大阪大学, 核物理研究センター, 准教授 (60093457)
• 研究分担者: 民井 淳 大阪大学, 核物理研究センター, 准教授 (20302804)
• 研究期間 (年度): 2010-04-01 – 2015-03-31
• キーワード: ガモフ・テラー遷移 / 荷電交換反応 / ベータ崩壊実験 / 高分解能測定 / 元素合成 / 強い相互作用 / 弱い相互作用 / ニュートリノ

研究概要

ミクロで動的な元素合成に目を向けると、強大な核力(強い相互作用)は当然として、意外にも弱い相互作用の働きが大きい事に目をみはる。巨星の超新星爆発に伴う高温高密度状態でのニュートリノ起源の元素合成はその典型的な例である。ニュートリノは弱い相互作用のみで元素合成に関与するが、ニュートリノそのものを使っての元素合成研究は、ニュートリノの相互作用の弱さ故に絶望的である。同じく弱い相互作用によるベータ崩壊の研究では、半減期から反応速度(遷移強度)の絶対値が決まる事で重要な役目を果たすが、崩壊測定ゆえに高励起状態のニュートリノ起源の元素合成への寄与を研究できない。そこで、核子当たり100MeV以上、0度を含む超前方での測定という条件の下では、強い相互作用で起こる荷電交換反応が、逆ベータ崩壊のように振る舞い、弱い相互作用で起こる代表的な遷移である、フェルミ遷移と共に、ガモフテラー遷移を高励起状態まで研究可能である、ということに目をつけた。
その目的のため　1) 超新星爆発に関与する pf-核におけるガモフテラー遷移を、高分解能が得られる (3He,t) 荷電交換反応を用い系統的にの研究した。さらに 2) ベータ崩壊の研究で低、中励起状態への遷移強度の絶対値を決め、それを標準とし、荷電交換反応で得られる高分解能を武器に、高励起状態へのガモフテラー遷移強度を明らかにしつつある。1) の実験は大阪大学で、2) の研究は、千葉・HIMAC加速器研究施設、ドイツ・GSI 研究所、フランスの GANIL 研究所で行ってきた。実験結果の解析を、大阪、Valencia(Spain)、Istanbul(Turkey)、Bourdeaux(France) 等の国際合同チームで行っている。
この1年間でPhysical Review Letters 誌への掲載を含む6編の論文を出版した。

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

（理由）
大阪大学・核物理研究センターでの実験、スペイン・Valencia グループとの共同実験、データ解析、解析結果の国際会議での発表、論文の執筆等、歯車がかみ合った状態にある。
残念ながら理化学研究所で行う予定であったベータ崩壊実験は、電力不足の影響で延期になっている。

今後の研究の推進方策

（今後の推進方策）
ガモフ・テラー遷移の研究の為、(3He,t)荷電交換反応の実験を、大阪大学物理研究センターで24年度に行った。共同研究を進めているスペイン・バレンシアIFIC研究所、トルコ・イスタンブル大学のグループ、更にドイツ・ケルン大学の研究者も加わり、解析を進めている。更に新たに(7Li,8Be) 反応の実験申請が受理された。100 MeV/nucleon 程度の高い入射エネルギーでの高分解能荷電交換反応の実験は、世界的にユニークであり、それぞれの解析で、新しい知見が得られつつある。今後も地道なデータ解析・研究を続ける。
また荷電交換反応で得られる情報とは鏡映対称な関係にあるガモフ・テラー遷移の情報が、ベータ崩壊実験から得られる。理化学研究所では、この鏡映対称なガモフ・テラー遷移を調べる実験提案が受理されている。実験は、ベータ崩壊により放出される陽子（遅延陽子）とガンマー線（遅延ガンマー線）の測定が必要となる。その為、大規模なガンマー線検出器を使う事が可能な、EURICA 計画に参加している。スペイン・バレンシアのグループ、フランス・ボルドーのグループも参加を予定している。当初実験を25年度後半に予定していたが、電力事情で遅れている。
質量数40程度までのベータ崩壊実験は、放射線医学総合研究所での研究が適している。26年4月に質量数18、及び30の原子核のベータ崩壊実験を予定している。
またフランス・GANIL研究所でのベータ崩壊実験提案が採択された。大阪での荷電交換反応で得られたデータを基にし、準備研究に着手する。

研究成果

• [雑誌論文] Beta decay of exotic Tz = -1, -2 nuclei: the interesting case of 56Zn (2014)
  • 著者名/発表者名: S.E.A. Orrigo, B. Rubio, Y. Fujita, B. Blank, W. Gelletly, J. Agramunt, A. Algora, P. Ascher, H. Fujita, E. Ganioglu, M. Gerbaux, J. Giovinazzo, T. Kurtukian-Nieto, F. Molina, L. Popescu, G. Susoy, C. Stodel, T. Suzuki, A. Tamii et al.
  • 雑誌名: EPJ Web of Conferences 巻: 66 ページ: 02077 1-4
  • DOI: 10.1051/epjconf/20146602077
  • オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Observation of Low- and High-Energy Gamow-Teller Phonon Excitations in Nuclei (2014)
  • 著者名/発表者名: Y. Fujita, H. Fujita, T. Adachi, C. L. Bai, A. Algora, M. Honma, K. Matsuyanagi, B. Rubio, H. Sagawa, A. Tamii et al.
  • 雑誌名: Physical Review Letters 巻: 112 ページ: 112502 1-5
  • DOI: 10.1103/PhysRevLett.112.112502
  • 査読あり
• [雑誌論文] Beta decay of the exotic Tz=-2, 56Zn nucleus and half-lives of various proton-rich Tz=-1 nuclei (2014)
  • 著者名/発表者名: S.E.A. Orrigo, B. Rubio, Y. Fujita, B. Blank, P. Ascher, M. Gerbaux, J. Giovinazzo, S. Grévy, W. Gelletly, H. Fujita, T. Suzuki, A. Tamii et al.
  • 雑誌名: Acta Physica Polonica B 巻: 45 ページ: 355-362
  • DOI: 10.5506/APhysPolB.45.355
  • 査読あり
• [雑誌論文] β-delayed γ -ray spectroscopy of 203,204Au and 200-202Pt (2014)
  • 著者名/発表者名: A. I. Morales, J. Benlliure, M. G´orska, H. Grawe, Y. Fujita,W. Gelletly, B. Rubio, A. Tamii et al.
  • 雑誌名: Physical Review C 巻: 88 ページ: 014319 1-12
  • DOI: 10.1103/PhysRevC.88.014319
  • 査読あり
• [雑誌論文] High-resolution study of Tz = +2→+1 Gamow-Teller transitions in the 44Ca(3He,t)44Sc reaction (2014)
  • 著者名/発表者名: Y. Fujita, T. Adachi, H. Fujita, A. Algora, B. Blank, B. Rubio, Y. Shimbara, A. Tamii et al.
  • 雑誌名: Physical Review C 巻: 88 ページ: 014308 1-18
  • DOI: 10.1103/PhysRevC.88.014308
  • 査読あり
• [雑誌論文] Isospin mixing of the isobaric analog state studied in a high-resolution 56Fe(3He, t)56Co reaction (2013)
  • 著者名/発表者名: H. Fujita, Y. Fujita, T. Adachi, H. Akimune, N. T. Botha, R. Neveling, F. D. Smit, A. Tamii et al.
  • 雑誌名: Physical Review C 巻: 88 ページ: 054329 1-6
  • DOI: 10.1103/PhysRevC.88.054329
  • 査読あり
• [学会発表] Low-energy Super Gamow-Teller State Formed by Isoscalar Residual Interaction (2014)
  • 著者名/発表者名: Y. Fujita
  • 学会等名: New Correlations in Exotic Nuclei
  • 発表場所: 京都大学基礎物理学研究所
  • 年月日: 20140310-20140323
  • 招待講演
• [学会発表] Decay of GT States (GR+CAGRA) and Prospect of RDDS (Plunger+CAGRA) (2013)
  • 著者名/発表者名: V. Werner
  • 学会等名: CAGRA13 Workshop
  • 発表場所: Arata Hall, Osaka Univeristy
  • 年月日: 20131216-20131217
• [学会発表] Description of the GR forward-mode beam line (2013)
  • 著者名/発表者名: A. Tamii
  • 学会等名: CAGRA13 Workshop
  • 発表場所: Arata Hall, Osaka Univeristy
  • 年月日: 20131216-20131217
• [学会発表] Gamow-Teller Resonance vs. Low-energy Super Gamow-Teller State (2013)
  • 著者名/発表者名: Y. Fujita
  • 学会等名: JUSTIPEN-JUSEIPEN International workshop
  • 発表場所: 理化学研究所
  • 年月日: 20131209-20131212
• [学会発表] Beta decay of the exotic Tz=-2, 56Zn nucleus and half-lives of various proton-rich Tz=-1 nuclei (2013)
  • 著者名/発表者名: S. Orrigo, B. Rubio, Y. Fujita, B. Blank, W. Gelletly, H. Fujita et al.
  • 学会等名: XXXIII Mazurian Lakes Conference on Physics, Frontiers in Nuclear Physics
  • 発表場所: Piaski, Poland
  • 年月日: 20130901-20130907
• [学会発表] Collective Excitations Studied by Gamow-Teller Transitions (2013)
  • 著者名/発表者名: Y. Fujita
  • 学会等名: Workshop on Tensor Interaction
  • 発表場所: 大阪大学核物理研究センター
  • 年月日: 20130711-20130712
• [学会発表] Neutron Skin Thickness of 208Pb and Constraints on Symmetry Energy (2013)
  • 著者名/発表者名: A. Tamii et al.
  • 学会等名: International Nuclear Physics Conference INPC2013
  • 発表場所: Firenze, Italy
  • 年月日: 20130602-20130607
• [学会発表] Beta Decay of Exotic TZ = -1, -2 Nuclei: the Interesting Case of 56Zn (2013)
  • 著者名/発表者名: S. Orrigo, B. Rubio, Y. Fujita, B. Blank, W. Gelletly, H. Fujita et al.
  • 学会等名: International Nuclear Physics Conference INPC2013
  • 発表場所: Firenze, Italy
  • 年月日: 20130602-20130607
• [備考] Yoshi Fujita's Home Page
  • URL: http://rcnp.osaka-u.ac.jp/̃fujita