| 研究課題/領域番号 |
26400284
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| 研究機関 | 関西大学 |
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研究代表者 |
伊藤 誠 関西大学, システム理工学部, 准教授 (30396600)
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| 研究期間 (年度) |
2014-04-01 – 2017-03-31
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| キーワード | αクラスター構造 / 核半径 / 核反応 / チャンネル結合計算 / 理論核物理 |
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| 研究実績の概要 |
原子核の基底状態には平均場描像が良く成り立つが、その励起状態には一塊の原子核が複数のサブユニットに解離し、それらが弱く結合した「クラスター状態」が発現する。特にα粒子(4He原子核)は非常に安定であるため、α粒子をサブユニットとした「αクラスター構造」が軽核の励起状態に系統的に発現することが知られており、その典型例は12C=3α、16O=α+12C、20Ne=α+16O等である。
αクラスター構造の一つの特徴は、その半径の顕著な増大にある。原子核には密度の飽和性が成立し、基底状態の核半径は質量数の3分の1乗に比例することが知られている。一方、原子核がクラスター状態に励起すると、量子トンネル効果により核半径は基底状態よりも約1.5倍以上増大することが理論的に予想されていた。しかしながら、αクラスター状態は非常に短寿命であるため、その半径の直接測定は困難な状況である。
そこで最近、クラスター状態を励起する核反応、例えば12Cを標的核に衝突させて3α状態を生成する非弾性散乱の反応断面積から、3α状態の半径増大を実証しようとする試みが多数なされている。しかしながら、断面積と3α状態の半径の定量的な対応は依然として不明瞭なのが現状であった。
本研究では、申請者が考案した「散乱半径法」を適用し、クラスター状態の半径増大現象を散乱断面積と密接に関係付けて実証することが目的である。この散乱半径法は、軌道角運動量で部分波分解された非弾性散乱の部分波断面積の計算結果を用いて、散乱が生じる空間領域のサイズ「散乱半径(衝突係数)」を導出するものである。これまで12Cの陽子、α粒子散乱に散乱半径法が適用され、3α状態を励起する非弾性チャンネルに顕著な散乱半径の増大が確認されてきている。現在は非弾性散乱において確認された3α状態の散乱半径の増大と3α状態の密度半径の対応関係について考察している段階である。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
3: やや遅れている
理由
これまで「散乱半径法」を主にp+12C、α+12C系の弾性・非弾性散乱に適用し、様々な反応チャンネルの散乱半径の定量的評価、および衝突エネルギー依存性を調べてきた。その結果、散乱半径の絶対値は反応の終チャンネルに強く依存し、特に3αクラスター構造を持つ反応チャンネルに強い増大を示すことが確認された。これらの結果は、散乱半径が衝突で励起した12Cの核半径を直接的に反映している可能性を示唆している。しかしながら、この点に関して国内の研究者から以下の2点の強い批判を受けた。
①散乱半径の絶対値は有効軌道角運動量の定義に強く依存するものであり、その絶対値には不定性が存在する
②散乱半径は反応の終状態である12Cの励起状態の核半径そのものを反映する量ではなく、反応を引き起こす結合ポテンシャルの空間サイズを反映している可能性が高い。
そこでこれらの批判に答えるべく、12C散乱について更なる分析を進めることにした。現在は②で指摘された点、散乱半径と励起状態の核半径の関係性に重点を置いて分析を進めている。特にα+12C散乱には②の点を指摘した先行研究がいくつか存在しており、これらの先行研究と散乱半径法の比較・整合が重要である。
当初の予定では、平成27年度から散乱半径法を16O、20Ne等といった他の系の散乱に適用し、より系統的な分析を進める予定であった。従って、更に12C系の非弾性散乱の分析を進めていることは、研究計画としては遅れが生じていることを意味している。しかしながら、非弾性散乱の観測量と終状態の核半径の関係は、長年に渡り未解決な問題として残されており、両者の関係について深く分析することは、今後のクラスター物理研究の趨勢に対しても大きな影響を与えると予想される。そこで平成28年度は、12C系において散乱半径と励起状態の核半径についての基本的な関係性を確立し、今後の研究に繋げていきたいと考えている。
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| 今後の研究の推進方策 |
散乱半径と核半径の間の関係を確立するために必要なアプローチは、散乱の終状態の核半径の変化に対する散乱半径の感度を調べることである。すなわち、終状態の核半径を意図的に変化させた条件で反応計算を行い、対応する散乱半径の変化を追跡することである。こうした反応計算を行う場合には、3α状態の核半径を人為的に変化させて得られる12Cの内部波動関数が必要であるため、12Cの構造計算を行っている国内の研究者に内部波動関数構築を依頼している。
また先行研究では、3α構造を持つ終状態として12Cの励起0+状態(スピン0、パリティ+の状態)が注目されてきた。12Cの励起0+状態はHoyle状態と呼ばれ、発達した3α構造を持ち、その半径は基底0+に比べて約50%程度増大することが予想されている。また、スピン0の状態を励起する非弾性散乱は反応機構も単純なため、これまで多くの分析がなされており、その結果、基底0+のチャンネルに比べてHoyle0+チャンネルの半径が増大する痕跡が多数指摘されてきた。しかしながら、基底0+のチャンネルは弾性散乱であり、終状態が励起0+である非弾性散乱とは根本的に反応機構が異なっているため、これらの比較には意味が無いことが指摘されている。
そこで有限スピンの励起状態である2+に注目した分析を予定している。12Cには二種類の2+状態が存在することが知られており、一つは基底0+が回転励起した状態であり、もう一つは3α状態であるHolye0+が回転励起した状態である。前者は空間的にコンパクトな構造をしており、後者は半径の増大が予想されている。これらの2+へ励起する非弾性散乱は、反応スキームとしては完全に共通であり、両者の違いは終状態の半径のみとなる。そこでこれらの非弾性散乱の微分断面積、散乱半径の比較を行い、3α状態の2+状態の半径増大の痕跡をつかむことが今後の研究方針である。
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| 次年度使用額が生じた理由 |
平成27年度末になって、カザフスタンでの共同研究に関する国際ワークショップ開催のアナウンスが急遽なされ、その開催時期が平成28年度早々であった。現在遂行中の「散乱半径法」の研究では、12C、16O、20Neといった軽い原子核の散乱実験データを基盤として反応計算を行う。そのため、適切な実験データを確保することが研究遂行上に最も重要な条件である。カザフスタンにはこうした軽い核の散乱実験を行う研究グループが存在しており、そのグループとの共同研究を展開することは極めて有益である。
そこで、急遽、国際ワークショップに参加し、今後の研究方針を議論することにした(ワークショップは4月中旬にすでに終了)。この海外渡航は平成28年度の研究費使用計画には含まれておらず、その旅費・滞在費などを捻出する必要が生じた。そのため残金を急遽平成28年度予算に組み込み、ワークショップ参加費用の一部にあてることにした。
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| 次年度使用額の使用計画 |
平成27年度から繰り越した予算については、既にザフスタンで4月13--17日に開催された国際ワークショップへの渡航費に当てることに決定している。また平成28年度の配分額については、主に国際学会での口頭発表に必要な渡航費用に当てる予定である。
具体的な渡航計画は、5月下旬にイタリアで開催される国際会議Cluster16、7月に北京で開催される日中シンポジウム、9月にオーストラリアで開催されるINPC2016等に参加、成果報告を行うことである。また、理論計算の成果発表だけではなく、その予測の検証実験を遂行することが今後非常に重要な課題である。そこで、東北大、東大、理化学研究所などの国内の実験グループ、およびイギリス、フランス、中国などの海外の実験グループとの連携を図ることを考えている。こうした理由から、平成28年度配分額の一部は、実験グループとの討論・資料収集に必要な諸経費に充てる予定である。
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