【物理】原子核の秩序「魔法数」の消失をフッ素同位体で発見ー中性子数が過剰な極限原子核に現れる魔法数異常ー [しじみ★]

しじみ ★

■要点

・中性子数が陽子数の2倍を超えるフッ素同位体：フッ素28（28F）の準位構造を初めて明らかに
・フッ素同位体28Fで魔法数20が消えている証拠を得た
・魔法数の消失したフッ素同位体は、中性子星や宇宙における元素合成過程を理解する鍵ともなる
・二重魔法数が期待される未知の同位体、酸素28（28O）の構造を解く手がかりに

■概要

東京工業大学理学院物理学系の近藤洋介助教、中村隆司教授、理化学研究所仁科加速器科学研究センターの大津秀暁チームリーダー、上坂友洋室長らは中性子数が陽子数の2倍以上の原子核「フッ素28」（28F、陽子数9、中性子数19）の準位構造[用語1]を初めて明らかにした。フランスやドイツの研究機関・大学※などとの国際共同による実験により実現した。

中性子と陽子でできている原子核は中性子数や陽子数が2、8、20、28、50、82、126個の時に特に安定なため、これらの数字は魔法数[用語2]と呼ばれている。最近、中性子数が陽子数より非常に多い原子核では従来知られていた魔法数が消失し、新しい魔法数が出現する「魔法数異常」という現象が見つかっている。

今回、フッ素28に魔法数異常の証拠となる侵入状態[用語3]を初めて発見した。魔法数異常は中性子数が過剰になっているという極限状態にある原子核において、中性子や陽子を結合させている「力」（核力）や安定性を理解する上でも重要である。これらは未だによくわかっていない中性子星の構造や宇宙における元素合成過程を理解する鍵にもなると期待される。

成果は4月16日に米国物理学会の学術誌「フィジカル・レビュー・レターズ（Physical Review Letters）」に掲載された。

※ 共同実験に参加した海外機関：【フランス】重イオン加速器研究所（GANIL）、カン素粒子原子核研究所（LPC CAEN）、サクレー原子力庁（CEA-SACLAY）【ドイツ】重イオン研究所（GSI）、ダルムシュタット工科大学等

■研究成果

近藤助教らの研究グループは理化学研究所（理研）の重イオン加速器施設RIBF（ラジオアイソトープ・ビームファクトリー）の基幹測定装置SAMURAIスペクトロメータ（多種粒子測定装置）を用いた実験で28Fを生成した。RIBFは世界最高性能を誇る不安定核生成装置である。48Ca（カルシウム48）をまず光速の70 %ほどに加速し、これとベリリウム標的との反応で29Ne（ネオン29）及び29Fを不安定核ビーム[用語8]として生成した。

28Fは2種類の反応で生成した。つまり、（1）29Neビームを陽子標的に入射し、29Neから陽子を1個剥ぎ取ることによって、また（2）29Fビームを陽子標的に入射し、29Fから中性子を1個剥ぎ取ることによって生成した。28Fは寿命が10-21秒未満程度であるため、中性子1個ないし2個を放出してすぐに崩壊する。

SAMURAIでこの崩壊過程をすべて検出し、28Fの詳細なエネルギースペクトル（エネルギー準位）を得た。本研究では国際協力による実験性能の大幅な向上が成功に導いた。その一つは理研とドイツのGSI及びダルムシュタット工科大学との協力に基づく中性子検出器NeuLANDのSAMURAIへの導入であり、もう一つは理研とフランスCEA-SACLAYとの協力に基づく液体陽子標的MINOSの導入である。

続きはソースで

https://research-er.jp/img/article/20200603/20200603132537.jpg

https://research-er.jp/articles/view/89282

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