2014 Fiscal Year Annual Research Report
| Project Area | Nuclear matter in neutron stars investigated by experiments and astronomical observations |
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24105008
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| Research Institution | Kyoto University |
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Principal Investigator |
大西 明 京都大学, 基礎物理学研究所, 教授 (70250412)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
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 東京理科大学, 理工学部, 助教 (80609347)
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| Project Period (FY) |
2012-06-28 – 2017-03-31
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| Keywords | 中性子星 / 状態方程式 / ストレンジネス / 対称エネルギー / 天体現象 / 冷却原子 / 有効相互作用 / 3体力 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
平成26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実験における4He(K-,pi-)生成スペクトルと4ΣHeのP波共鳴・ΣＮ力の関連(原田)、結合チャネル複素スケーリングとフェッシュバッハ射影を組み合わせたK-ppの分析(土手)、中性子過剰Λハイパー核に特徴的な基底状態バリティ反転(木村)等の研究が進展した。また、高エネルギー重イオン衝突におけるΛΛ相関からΛΛ相互作用に制限がつけられることを示した(森田・大西)。
(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)力による原子核のLS力問題の解決(中田・稲倉)、中性子過剰核におけるダイニュートロン相関の普遍性の証明(松尾)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+比に与える効果が明らかになりつつある(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、時間に依存ハートリー・フォック理論に基づく低密度中性子星物質非一様構造の研究(飯田)、クォーク物質での非一様カイラル相の磁性・自発磁化・安定性と強い磁場下の状態方程式(巽・李)、非一様状態相を含むクラスター変分法による新しい有限温度状態方程式の構築(中里)、核物質状態方程式の情報をまとめたオンラインデータベース開発(石塚・大西)、等の成果を得た。
また、連携研究者による極低温フェルミ原子ガスの相図解明(大橋)も重要な成果である。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
平成26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については結合チャネル・複素エネルギーの２つの理論的な課題を克服した結果が得られ、またΣを含むΛ・Σ原子核生成についても現実的な計算結果が得られている。今後、実験データとの比較を通じて、相互作用と構造についての理解が進むと期待できる。また重イオン衝突における2粒子相関から相互作用情報を引き出す方法は他の粒子対にも適用でき、新しい手段の開発と言える。ただし、実験データに基づくストレンジネスを含む中性子星物質EOSはまだ得られていない。
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3体力起源のLS力により20年来の問題であったPb核のisotope shift kinkが説明できることを示したものである。豊富な原子核データを用いて3体力の強さを決める方法を示したものといえる。
第一原理計算から出発した、新たなEOSが得られたことも大きな成果である。生の核力から出発した変分計算と現象論的な3体力を組み合わせて得られた新たなEOSは、過去の計算で見られた不自然な相転移をもたず、より信頼性が高いものといえる。また強い磁場下での状態方程式が観測されている2倍の太陽質量をもつ重い中性子星を十分に支えられることが示されたことも大きな成果である。
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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| Strategy for Future Research Activity |
平成27年度は中性子星物質の(A)高密度領域、(B)低密度領域、および(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)ΛΣ結合を考慮したΣ核・中性子過剰ハイパー核生成反応の分析およびJ-PARC E10実験の解析、(A2) Ξ核、およびΛΛハイパー核構造の分析、(A3)少数系反K中間子原子核の構造研究とJ-PARC E31, E15, E27実験データの解析、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)双極子偏極率データによる対称エネルギーの密度依存性への制限、(B2)中性子星内殻における中性子対相関と集団運動、(B3) 重イオン衝突でのπ中間子生成機構と対称エネルギー・クラスター相関、(B4)有限核における3体LS力と核物質状態方程式へ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) 低密度中性子星物質の構造とニュートリノ輸送、(C2)非一様クォーク物質の磁気的性質と発現様式、(C3)新たな有限温度核物質状態方程式を用いた中性子星冷却等の動的現象、等の研究を進める。
また上記の領域にまたがる(D1) 3体力を含む微視的理論計算結果を踏まえた現象論的状態方程式構築、(D2) 高エネルギー重イオン衝突での粒子相関とYY・YN力、も課題である。
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[Journal Article] Ground-state properties of neutron-rich Mg isotopes2014
Author(s)
Shinya Watanabe, Kosho Minomo, Shinya Tagami, Masaaki Kimura, Maya Takechi, Mitsunori Fukuda, Daiki Nishimura, Toru Suzuki, Takuma Matsumoto, Yoshyifumi Shimizu, Masanobu Yahiro
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Journal Title
Phys. Rev. C
Volume: 89
Pages: 044610(1-13)
DOI
Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
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[Journal Article] A way forward in the study of the symmetry energy: experiment, theory, and observation2014
Author(s)
C. J. Horowitz, E. F. Brown, Y. Kim, W. G. Lynch, R. Michaels, A. Ono, J. Piekarewicz, M. B. Tsang, H. H. Wolter
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Journal Title
J. Phys. G: Nucl. Part. Phys.
Volume: 41
Pages: 93001 (1-30)
DOI
Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
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[Presentation] Roles of light nuclei in dense matter for supernova explosions2014
Author(s)
K. Sumiyoshi, S. Furusawa, H. Nagakura, H. Suzuki and S. Yamada
Organizer
Mini-Symposium on Nuclear Matter in Neutron Stars I (EoS and Structure), 4th Joint Meeting of the APS Division of Nuclear Physics and the Physical Society of Japan
Place of Presentation
Hilton Waikoloa Village, Waikoloa, Hawaii, USA
Year and Date
2014-10-09 – 2014-10-09
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[Presentation] Heavy-ion collisions and nuclear EOS2014
Author(s)
A. Ono
Organizer
International Workshop “Advances and Perspectives in Computational Nuclear Physics”
Place of Presentation
Hilton Waikoloa Village, Waikoloa, Hawaii, USA
Year and Date
2014-10-05 – 2014-10-05
Invited
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[Presentation] ストレンジネス核物理2014
Author(s)
原田融
Organizer
研究会「核と人と宇宙」in 岩手
Place of Presentation
花巻温泉ホテル紅葉館, 花巻市
Year and Date
2014-06-27 – 2014-06-27
Invited
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