重イオン二重荷電交換反応による二重Ｇａｍｏｗ－Ｔｅｌｌｅｒ巨大共鳴の探索

2013 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 13J10557
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: 高木 基伸 東京大学, 大学院理学系研究科, 特別研究員(DC2)
• Keywords: 重イオン二重荷電交換反応 / 二重Gamow-Teller巨大共鳴 / スピンアイソスピン応答

Research Abstract

本研究は重イオン二重荷電交換反応を用いて、これまでに未発見の現象である二重Gamow-Teller巨大共鳴(DGTGR)の発見及び核構造に対する知見の深化を目的としている。また、二重Gamow-Teller遷移は二重ベータ崩壊と同じ演算子で記述できるため、その強度が集中する巨大共鳴の強度が抽出できれば、理論計算から求められる二重ベータ崩壊の半減期の計算法の信頼度を評価する良い指標になり得る。本年度は、^<48>Ca(^<12>C, ^<12>Be (O^+_2 ; 2.25 MeV))^<48>Ti反応によるDGTGRの探索に向け、重イオン二重荷電交換(^<12>C, ^<12>Be (O^+_2))反応をDGTGRのプローブとする実験の実現可能性を検証するテスト実験を行った。実験は大阪大学核物理研究センター(RCNP)のリングサイクロトロン実験施設にて遂行した。^<12>C ビームを入射土ネルギー100MeV/nucleonでH_2^<18>O氷標的に照射し、^<18>O(^<12>C, ^<12>Be (O^+_2))^<18>Ne反応を測定した。このプローブの利点は、^<12>Beの長寿命(331 ns)励起状態を磁気分析器の最終焦点面で崩壊γ線を検出することでプローブ側の終状態を同定し、信号雑音比を向上させる点である。また、^<12>Be (O^+_2)状態は基底状態に崩壊する際、511 keV のγ線を2本、正反対の方向に放出する特徴的な崩壊モードが知られている。今回のテスト実験により、磁気分析器による質量欠損法とγ線の同時計測を行うことで、^<12>Be (O^+_2)状態の識別が十分に可能であることを実証した。これは、重イオン反応を使う上で、多くの場合、避けることの出来ないプローブ側の励起という問題を解決しながら重イオン反応の選択性を活かす上で非常に重要な結果であった。このテスト実験では、先に述べた^<12>Be (O^+_2)の特徴的な崩壊モードから放出される2本の_Y線を検出することで、1台の_Y線検出器あたり15 kHzという高い_Y線バックグラウンドの環境下でも、優位に^<12>Be (O^+_2)を識別可能(信号雑音比9:1)であることを確認している。この結果を受け、大阪大学核物理研究センターへ^<48>Ca(^<12>C, ^<12>Be (O^+_2))^<48>Ti反応によるDGTGRの探索実験の提案を行い、10日間のビームタイムが承認された。実験は2014年度に行う予定である。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

大阪大学核物理研究センター(RCNP)にて実施したテスト実験において、重イオン二重荷電交換反応(^<12>C, ^<12>Be (O^+_2))プローブが二重Gamow-Teller巨大共鳴の探索に十分有効であることを実証した。その結果をもとに、RCNP実験採択委員会に実験提案を行い10日間のビームタイムが承認された。この実験は2014年度後期に行う予定であり、^<48>Tiの二重Gamow-Teller巨大共鳴の発見が見込まれる。

Strategy for Future Research Activity

今年度に大阪大学核物理研究センターで実施したテスト実験において、(^<12>C, ^<12>Be(O^+_2))プローブが二重Gamow-Teller巨大共鳴(DGTGR)探索に有効であることを実証している。また、^<48>Caの二重Gamow-Teller遷移の理論計算を行っているGaute Hagen氏(Oak Ridge National Laboratory)と議論を開始しており、実験、理論両面からDGTGRの知見を深めていく。申請時には理化学研究所RI Beam Factory での実験を想定していたが、現状では電気代の高騰などにより加速器の運転時間が制限されたため、今後本研究の実験は大阪大学核物理研究センターを中心に推進していく計画である。

Research Products

• [Journal Article] Search for a double Gamow-Teller giantresonance with heavy-ion double charge exchange(^<12>C, ^<12>Be (0^+_2)) reaction (2014)
  • Author(s): M. Takaki, H. Matsubara, T. Uesaka, S. Shimoura, N. Aoi , M. Dozono, T. Hashimoto, T. Kawabata S. Kawase, K. Kisamori, . M. Kobayashi, C. S. Lee, Y. Maeda, S. Michimasa, K, Miki, H. Miya, S. Ota, S. Sakaguchi, M. Sasano, T. Suzuki, K. Takahisa, T. L. Tang, A. Tamii, H. Tokieda, K. Yako and J. Zenihiro
  • Journal Title: CNS Annual Report 2012 Volume: CNS-REP-92 Pages: 21-22
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Study of low-lying states OT^<12>Be via the heavy-ion double charge exchange ^<12>C(^<18>O, ^<18>Ne) reaction (2013)
  • Author(s): M. Takaki, H. Matsubara, T. Uesaka, S. Shimoura, N. Aoi, M. Dozono, T. Fujii, T. Hashimoto, T. Kawabata, S. Kawase, K. Kisamori, C. S. Lee, J. Lee, Y. Maeda, S. Michimasa, K. Miki, H. Miya, S. Noji, S. Ota, M. Sasano, T. Suzuki, K. Takahisa, T. L. Tang, A. Tamii, H. Tokieda, K. Yako, N. Yokota, R. Yokoyama, and J. Zenihiro
  • Journal Title: RIKEN Accelerator Progress Report 2012 Volume: 46 Pages: 29
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] SHARAQ spectrometer for high-resolution studies for RI-induced reactions (2013)
  • Author(s): S. Michimasa, M. Takaki, Y. Sasamoto, M. Dozono, T. Nishi, T. Kawabata, S. Ota, H. Baba, T. Baba, T. Fujii, S. Go, S. Kawase, Y. Kikuchi, K. Kisamori, M. Kobayashi, Y. Kubota, C. S. Lee, H. Matsubara, K. Miki, H. Miya, S. Noji, H. Tokieda, M. Tsumura, K. Yako, R. Yokoyama, H. Takeda, Y. Yanagisawa, T. Kubo, N. Inabe, N. Fukuda, D. Kameda, H. Suzuki, Y. Shimizu, H. Sato, T. Ichihara, A. Stolz, R. G. T. Zegers, H. Sakai, T. Uesaka, S. Shimoura
  • Journal Title: Nuclear Instruments and Methods B Volume: 317 Pages: 305-310
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Development of CVD diamond detectorfor time-of-flight measurements (2013)
  • Author(s): S. Michimas, M. Takaki, M. Dozono, S. Go, H. Baba, E. Ideguchi, K. Kisamori, H. Matsubara, H. Miya, S. Ota, H. Sakai, S. Shimoura, A. Stolz, T. L. Tang, H. Tokieda, T. Uesaka, R. G. T. Zegers
  • Journal Title: Nuclear Instruments and Methods B Volume: 317 Pages: 710-713
  • Peer Reviewed
• [Presentation] New type of spectroscopy via Heavy-Ion Double Charge eXchange reaction (2014)
  • Author(s): Motonobu Takaki
  • Organizer: 2^<nd> Topical workshop on Modern Aspects in Nuclear Structure "Advances in Nuclear Structure at Extreme Conditions"
  • Place of Presentation: イタリア ボルミ
  • Year and Date: 20140219-22
• [Presentation] (^<12>C, ^<12>Be+γ)反応による、二重ガモフテラー共鳴の探索 (2013)
  • Author(s): 高木基伸
  • Organizer: RCNP研究会「GR前方モードビームラインによる物理の展開」
  • Place of Presentation: 大阪府 大阪大学荒田記念館
  • Year and Date: 2013-11-29