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ふさこきせんばる
5 years ago
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1 中性子過剰核の物理ドリップ線近傍の原子核の性質は? 中性子過剰核 = 新物質

2 おススメ ed. by E.M. Henley and S.D. Ellis (2013) Exotic nuclei far from the stability line K.H., I. Tanihata, and H. Sagawa

3 中性子過剰核の物理陽子中性子数の人工的制御によって原子核の新しい形態を明らかにする様々な陽子中性子密度における核物質の新しい相とダイナミックスを探索する元素の起源と宇宙の核現象を理解する超重核に挑戦する微視的核子多体論を体系化し未知領域を予言する

4 中性子過剰核陽子過剰核の物理

5 新世代不安定核ビーム施設 : 理研 RIBF (Radioactive Isotope Beam Factory) 世界最大強度で不安定核を作り出す施設不安定原子核の物理元素の起源の研究超重元素 ( 新元素 113 番 ) の研究

6 不安定核研究の本格的幕開け : 相互作用断面積測定 (1985) Projectile Target Slide: A. Ozawa 11 Li 11 Li 以外の原子核 2 つの原子核が重なった時に反応が起こるとすると R I (P) 標的核 R I (P) 入射核 R I (T) 標的核

7 不安定核研究の本格的幕開け : 相互作用断面積測定 (1985) 11 Li 標的核 11 Li 以外の原子核異常に大きな半径 R I (P) 入射核 R I (T) 標的核 I. Tanihata et al., PRL55( 85) つの原子核が重なった時に反応が起こるとすると R I (P)

8 1 中性子ハロー核典型的な例 : 11 4Be 7 1 中性子分離エネルギー半径 S n 10 Be + n 11 Be I. Tanihata et al., PRL55( 85)2676; PLB206( 88)592 S n = 504 +/- 6 kev 非常に小さいちなみに 13 C では S n = 4.95 MeV

9 1 中性子ハロー核 1 中性子分離エネルギー典型的な例 : 11 4Be 7 半径 S n 10 Be + n Sn = 504 +/- 6 kev 11 Be 解釈 : 10 Be のまわりに 1 つの中性子が弱く束縛され薄く広がっている 10 Be n 弱く束縛された系密度分布の空間的広がり ( ハロー構造 )

10 解釈 : 10 Be のまわりに 1 つの中性子が弱く束縛され薄く広がっている 10 Be n 弱く束縛された系密度分布の空間的広がり ( ハロー構造 ) 反応断面積の実験値を説明する密度分布月暈 ( 月のまわりに広がる薄い輪ハロー ) M. Fukuda et al., PLB268( 91)339

11 運動量分布 8 He S 2n ~ 2.1 MeV 11 Li S 2n ~ 300 kev 束縛が弱くなり空間的に広がると運動量分布が狭くなる中性子ハロー T. Kobayashi et al., PRL60 ( 88) 2599

12 一粒子運動の性質 : 束縛状態芯核と中性子でできる 2 体問題と近似芯核 n 芯核 r n 相対距離 r の関数として球対称ポテンシャル V(r) を仮定 cf. 平均場ポテンシャル : 相対運動のハミルトニアン

13 芯核 V(r) r n 相対運動のハミルトニアン簡単のためスピン軌道相互作用はないとすると (ls 力がなくても本質は変わらない ) 境界条件 ( 束縛状態 ): * 正確には modified 球ベッセル関数

14 角運動量とハロー現象遠心力ポテンシャル ( 拡大版 ) 遠心力障壁の高さ : 0 MeV (l = 0), 0.69 MeV (l = 1), 2.94 MeV (l = 2)

15 波動関数 ε = -0.5 MeV となるように各 l ごとに V 0 を調整 l = 0 : 長いテール l = 2 : 局在 l = 1 : その中間平均 2 乗半径 : 7.17 fm (l = 0) 5.17 fm (l = 1) 4.15 fm (l = 2)

16 波動関数

17 半径は l=0,1 では発散 ( ゼロエネルギー極限 ) ハロー ( 異常に大きい半径 ) は l= 0 or 1 でのみおこる

18 弱束縛 e = MeV V 0 = 24 MeV R = fm 井戸型ポテンシャル (l=0 束縛状態 ) e = MeV V 0 = 10 MeV R = fm

19 1n ハロー核の他の候補 19 C: S n = 0.58(9) MeV 31 Ne: S n = / MeV 大きなクーロン分解反応の断面積 19 C のクーロン分解反応 T. Nakamura et al., PRL83( 99)1112 T. Nakamura et al., PRL103( 09)262501

20 1 中性子ハロー核のクーロン励起 γ γ 線を吸収して基底状態から励起状態へ遷移 γ 連続状態へ励起されれば分解が起きる標的核の作るクーロン場による励起

21 電磁遷移光子 k 偏極ベクトル ( 光子のスピン波動関数 ) 初期状態 : 遷移 H int ( 原子核と電磁場の相互作用 ) 原子核の状態が Ψ i, 運動量 k, 偏極 α を持つ 1 個のフォトン ( α = 1 or 2) 終状態 :

22 今の問題に適用すると ( 長波長 (dipole) 近似 ): z n z の広がりが大きいと遷移確率が大きくなる

23 E1 電磁遷移強度分布の簡単な見積もり ( 解析的な模型 ) l=0 状態から l=1 状態への遷移 : 初期状態の波動関数 : 終状態の波動関数 : j 1 (kr) は球ベッセル関数とすると積分は解析的に実行可能 Refs. ( 一般的な l i, l f の場合の式も ) M.A. Nagarajan, S.M. Lenzi, A. Vitturi, Eur. Phys. J. A24( 05)63 S. Typel and G. Baur, NPA759( 05)247

24 ( 参考 )Wigner-Eckart の定理と換算遷移確率換算遷移確率

25 ピークの位置 : ピークの高さ : 全遷移確率 : 束縛状態のエネルギーが小さくなると鋭くて高いピーク束縛状態のエネルギーが小さくなるとピークのエネルギーが小さくなる E peak = 0.28 MeV (E b =-0.5 MeV) cf. MeV

26 和則 ( わそく ):Sum Rule 全 E1 遷移確率は r 2 の ( 基底状態 ) 期待値に比例初期状態が l=0 または l=1 だと束縛が弱くなるほど半径は増大全 E1 遷移確率も増大逆に大きな全 E1 遷移確率 ( またはクーロン分解断面積 ) が観測されたら l=0 or l=1 が示唆されるハロー構造

27 1n ハロー核の他の候補 19 C: S n = 0.58(9) MeV 31 Ne: S n = / MeV 大きなクーロン分解反応の断面積 19 C のクーロン分解反応 T. Nakamura et al., PRL83( 99)1112 T. Nakamura et al., PRL103( 09)262501

28 20 1f 7/2 1d 3/2 2s 1/2 1d 5/2 1p 1/2 1p 3/2 1s 1/ Ne Ne がハロー構造を持つためには球形だとダメ (f 波なので )

29 原子核の変形球形ポテンシャルの準位 1p 1/2 1p 3/2 11 Be の基底状態は I π = 1/2-1s 1/2 実際の 11 Be の準位 1p 1/ MeV 1/2-1/ Be? 2s 1/2 1p 3/2 1s 1/2 parity inversion 11 Be は変形している? 変形したポテンシャル中の一粒子運動

30 1d 5/2, 2s 1/2 1p 1/2 K π = 1/2 + K π = 1/2 - I. Hamamoto, J. Phys. G37( 10) 変形度が大きくなると正パリティ状態と負パリティ状態が確かに逆転する ( 参考 ) 10 Be の回転励起 ( 有限の励起エネルギー ) を取り入れた結合チャンネル計算 : H. Esbensen, B.A. Brown, H. Sagawa, PRC51( 95)1274 F.M. Nunes, I.J. Thompson, R.C. Johnson, NPA596( 96)171

31 11 4 Be MeV 11 Be 1/2-1/2 + 変形度を仮定し下のレベルから 2 個ずつ核子をつめる (+K と K が縮退 ) 最外殻の核子が入るレベルを探す ( 11 Be の場合 7 番目のレベル ) そのレベルの K π の値を原子核全体のスピンパリティに同定 cf. 粒子回転子模型

32 変形核では様々な l の成分が混ざる :

33 s-wave dominance 現象変形核では様々な l の成分が混ざる : 束縛が弱くなるとどんなに小さな変形においても l = 0 の項がドミナントになる ( 束縛エネルギーがゼロの極限では l =0 の成分が 100%) l = 2 T. Misu, W. Nazarewicz, and S. Aberg, NPA614( 97)44 l = 0 I. Hamamoto, PRC69( 04)041306(R)

34 s-wave dominance 現象 l = 2 l = 3 l = 0 l = 1 I. Hamamoto, PRC69( 04)041306(R) l = 1 の成分も同様に弱束縛で増大 ( 但し 100% にはならない ) 変形したハロー核の可能性 : 31 Ne

35 変形ハロー核 31 Ne 20 1f 7/2 1d 3/2 2s 1/2 1d 5/2 1p 1/2 1p 3/2 1s 1/2 T. Nakamura et al., PRL103( 09) Ne 21 大きなクーロン分解反応の断面積ハロー構造を示唆 31 Ne がハロー構造を持つためには球形だとダメ (f 波なので ) 変形?

36 Nilsson model analysis [I. Hamamoto, PRC81( 10)021304(R)] f 7/2 β=0.3 21st neutron p 3/2 β=0.5 f 7/2 non-halo (Ω π = 3/2 + ) p 3/2

37 31 Ne T. Nakamura et al., PRL103( 09) 大きなクーロン分解反応の断面積 E 2+ ( 30 Ne) = 0.801(7) MeV P. Doornenbal et al., PRL103( 09) S n ( 31 Ne) = / MeV Y. Urata, K.H., and H. Sagawa, PRC83( 11)041303(R)

変形ハロー核の他の例 : 37 Mg σ CBU = 490 (50) mb S n = 0.16 +/- 0.

38 変形ハロー核の他の例 : 37 Mg σ CBU = 490 (50) mb S n = / MeV ハロー? cf. σ CBU ( 31 Ne) = 529 (63) mb S n = / MeV

39 2 中性子ハロー核これまでは芯核のまわりに中性子が 1 個ある場合を考えてきた芯核 r n 芯核のまわりに中性子が 2 個あるとどうなる? n 芯核 2 中性子間に働く相互作用の影響は? n

40 l 対相関 ( ペアリング ) 0 +,2 +,4 +,6 +, 対相関相互作用なし対相関相互作用あり 0 + 原子核の基底状態のスピン偶々核 : 例外なしに 0 +

41 ボロミアン原子核残留相互作用引力不安定安定ボロミアン核ボロミアン核の構造多体相関のため non-trivial 多くの注目を集めている

42 ボロミアン原子核 n n 9 Li ボロミアン核 2 n (n+n) は存在せず 10 Li ( 9 Li+n) は存在せず他にも 6 He が典型的な例

43 ダイニュートロン相関対相関力がある場合とない場合の比較 11 Li 1つの中性子を (z 1, x 1 )=(3.4 fm, 0) に置いたときのもう一つの中性子の分布対相関がない場合 [1p 1/2 ] 2 対相関がある場合対相関がないと z と z で対称的な分布片方の中性子がどこにいても分布は変わらない対相関があると 2 つの中性子は近くにいる 1 つの中性子の場所が変わるともう 1 つも変わる

44 dineutron 相関は異なるパリティ状態の混合によって生じる R R R r F. Catara, A. Insolia, E. Maglione, and A. Vitturi, PRC29( 84)1091 R r

パリティ混合 2 中性子は空間的に局在 (dineutron 相関 ) cf. Migdal, Soviet J.

相関が増幅される cf. - Bertsch, Esbensen, Ann. of Phys.

45 パリティ混合 2 中性子は空間的に局在 (dineutron 相関 ) cf. Migdal, Soviet J. of Nucl. Phys. 16 ( 73) 238 Bertsch, Broglia, Riedel, NPA91( 67)123 弱束縛核連続状態のためにパリティ混合が起きやすい + 表面領域における対相関力の増大 dineutron 相関が増幅される cf. - Bertsch, Esbensen, Ann. of Phys. 209( 91)327 - M. Matsuo, K. Mizuyama, Y. Serizawa, PRC71( 05) Li K.H. and H. Sagawa, PRC72( 05)044321

46 無限核物質の対ギャップ M. Matsuo, PRC73( 06)044309

2 中性子ハロー核のクーロン分解外的刺激を与えて放出 2 粒子 (2 中性子 ) を観測するクーロン分解 6 He 実験 : T. Nakamura et al., PRL96( 06)252502 T. Aumann et al., PRC59( 99)1252 三体模型計算 : K.H., H.

47 2 中性子ハロー核のクーロン分解外的刺激を与えて放出 2 粒子 (2 中性子 ) を観測するクーロン分解 6 He 実験 : T. Nakamura et al., PRL96( 06) T. Aumann et al., PRC59( 99)1252 三体模型計算 : K.H., H. Sagawa, T. Nakamura, S. Shimoura, PRC80( 09)031301(R) cf. Y. Kikuchi et al., PRC87( 13) Li の構造他にも 22 C, 14 Be, 19 B など (T. Nakamura et al.)

48 ボロミアン原子核の幾何学クラスター和則 3 体模型計算 ( 11 Li) 基底状態の相関のみが反映 nn 間角度の実験値 B tot (E1) matter radius or HBT ( 11 Li) ( 6 He) K.H. and H. Sagawa,PRC76( 07) が 90 度より著しく小 di-neutron 相関を示唆 ( ただし大きい角度の成分が混ざって見えている ) cf. T. Nakamura et al., PRL96( 06) C.A. Bertulani and M.S. Hussein, PRC76( 07)051602

49 中性子ドリップ線を超えた非束縛核の 2 中性子放出崩壊 22 O 23 O 24 O 25 O 26 O 25 O 749 kev 24 O 2n decay (neutron drip line) 26 O 18 kev

50 MSU E decay = kev New RIKEN data E. Lunderberg et al., PRL108 ( 12) GSI Y. Kondo et al., PRL116( 16) E decay = 18 +/- 3 +/- 4 kev C. Caesar et al., PRC88 ( 13)

51 崩壊エネルギースペクトル with nn interaction K.H. and H. Sagawa, - PRC89 ( 14) PRC93( 16) η = 0.1 MeV without nn interaction cf. e 1d3/2 ( 25 O) = MeV E peak = 18 kev (input) Reference (initial) state: (d 3/2 ) 2 in 27 F

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PowerPoint プレゼンテーション不安定原子核の多体論萩野浩一東北大学理学研究科物理学専攻 hagino@nucl.phys.tohoku.ac.jp www.nucl.phys.tohoku.ac.jp/~hagino 弱束縛井戸型ポテンシャル (l=0 束縛状態 ) 講義の内容 1.1 粒子ハロー核の構造 - 束縛状態 - 角運動量の効果 - クーロン励起 - 変形 2.2 粒子ハロー核と対相関 - ペアリング - ボロミアン原子核