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論文

Evolution of shell structure in exotic nuclei

大塚 孝治*; Gade, A.*; Sorlin, O.*; 鈴木 俊夫*; 宇都野 穣

Reviews of Modern Physics, 92(1), p.015002_1 - 015002_52, 2020/03

 被引用回数:6 パーセンタイル:8.06(Physics, Multidisciplinary)

魔法数によって特徴づけられる原子核の殻構造は、長らく陽子数, 中性子数によらずほぼ不変であると考えられてきたが、近年、不安定核ビーム実験の著しい進展により、極めて中性子過剰核では安定核では見られなかった魔法数が出現するなど、殻構造が陽子数, 中性子数に応じて動的に変化することが明らかになった。本レビュー論文は、不安定核の殻構造研究に業績のある理論, 実験研究者によって、その理論的な基礎と最近の実験の進展をまとめたものである。殻構造の変化の源となるモノポール相互作用の定義など、従来の文献でははっきりと書かれてこなかった事項も含め、詳しく説明した。

論文

One-neutron pickup into $$^{49}$$Ca; Bound neutron $$g_{9/2}$$ spectroscopic strength at $$N$$ = 29

Gade, A.*; Tostevin, J. A.*; Bader, V. M.*; Baugher, T.*; Bazin, D.*; Berryman, J. S.*; Brown, B. A.*; Hartley, D. J.*; Lunderberg, E.*; Recchia, F.*; et al.

Physical Review C, 93(3), p.031601_1 - 031601_5, 2016/03

AA2015-0859.pdf:0.32MB

 被引用回数:7 パーセンタイル:36.29(Physics, Nuclear)

中性子過剰カルシウム同位体では、最近、中性子数34の魔法数が発見されるなど、その殻構造が大きな注目を集めている。中性子の$$pf$$軌道の上には$$g_{9/2}$$軌道があるはずであるが、これまでその位置に関する明確な実験データが存在しなかった。ミシガン州立大のサイクロトロン施設を用いて行われた本研究では、$$^{48}$$Caビームを$$^{12}$$Cにあてる重イオン反応と脱励起$$gamma$$線測定を組み合わせることによって、$$^{49}$$Caの4.018-MeV状態の分光学的因子を精度よく得ることに成功した。重イオン反応によって高角運動量状態の断面積を増大させ、脱励起$$gamma$$線を測定することによって反応データだけでは分離できない$$f_{5/2}$$状態を分離することが可能になったためである。この実験によって、4.018-MeV状態は比較的大きな分光学的因子を持つことがわかり、殻模型計算の予言が確かめられた。

論文

Identification of deformed intruder states in semi-magic $$^{70}$$Ni

Chiara, C. J.*; Weisshaar, D.*; Janssens, R. V. F.*; 角田 佑介*; 大塚 孝治*; Harker, J. L.*; Walters, W. B.*; Recchia, F.*; Albers, M.*; Alcorta, M.*; et al.

Physical Review C, 91(4), p.044309_1 - 044309_10, 2015/04

 被引用回数:24 パーセンタイル:9.38(Physics, Nuclear)

アルゴンヌ国立研究所にて中性子過剰核$$^{70}$$Niを$$^{70}$$Znの多核子移行反応によって生成し、$$gamma$$線検出器GRETINAを用いて$$gamma$$線分光を行った。その結果、$$2^+_2$$, $$4^+_2$$準位を初めて観測した。これらの準位は小さな模型空間を採用した殻模型計算では再現されないため、陽子の$$f_{7/2}$$軌道からの励起を伴った大きな変形状態であると考えられる。本論文の理論グループが2014年に発表した大規模殻模型計算によって$$^{70}$$Niの励起状態を解析した結果、これらの状態は大きなプロレート変形を持つ状態とよく対応することがわかった。この結果は、中性子過剰ニッケル同位体における変形共存が$$^{68}$$Ni以外にも存在することを実証するとともに、中性子過剰核における大規模殻模型計算の予言能力を確かめるものである。

論文

In-beam $$gamma$$-ray spectroscopy of $$^{35}$$Mg and $$^{33}$$Na

Gade, A.*; Basin, D.*; Brown, B. A.*; Campbell, C. M.*; Cook, J. M.*; Ettenauer, S.*; Glasmacher, T.*; Kemper, K. W.*; McDaniel, S.*; Obertelli, A.*; et al.

Physical Review C, 83(4), p.044305_1 - 044305_5, 2011/04

 被引用回数:17 パーセンタイル:24.12(Physics, Nuclear)

ミシガン州立大学超伝導サイクロトロン研究所にて、$$^{38}$$Si核のフラグメンテーション反応から生成された中性子過剰核$$^{35}$$Mgと$$^{33}$$Naの励起状態を$$gamma$$線分光によって観測した。$$^{35}$$Mgに関しては、670keVまでの3本の$$gamma$$線を観測し、中性子分離エネルギーが少なくとも670keV以上あることがわかった。また、$$^{33}$$Naについては、429keVと688keVの2本の$$gamma$$線から、429keVと1117keVに励起状態があることがわかった。$$^{33}$$Naの励起状態をモンテカルロ殻模型によって調べた結果、実験で見つかったエネルギー準位は、それぞれ5/2$$^+$$及び7/2$$^+$$に対応すると考えられる。モンテカルロ殻模型によると、$$^{33}$$Na核は非常に大きく変形した、いわゆる「逆転の島」に属する核であり、5/2$$^+$$、7/2$$^+$$は基底状態から始まる回転バンドであると解釈される。これらの準位に対する実験値と理論値の良い一致から、その描像が成り立つことが示された。

論文

Two-proton knockout from $$^{32}$$Mg; Intruder amplitudes in $$^{30}$$Ne and implications for the binding of $$^{29,31}$$F

Fallon, P.*; Rodriguez-Vieitez, E.*; Macchiavelli, A. O.*; Gade, A.*; Tostevin, J. A.*; Adrich, P.*; Bazin, D.*; Bowen, M.*; Campbell, C. M.*; Clark, R. M.*; et al.

Physical Review C, 81(4), p.041302_1 - 041302_5, 2010/04

 被引用回数:36 パーセンタイル:9.81(Physics, Nuclear)

ミシガン州立大学の超伝導サイクロトロン研究所にて、不安定核$$^{32}$$MgビームをBe標的に当てることによって$$^{30}$$Neが生成される断面積を測定し、その脱励起$$gamma$$線を測定した。$$^{30}$$Neの4$$^+$$と見られる状態を初めて観測するとともに、その断面積から、$$^{30}$$Neの核構造の情報を引き出した。この領域で標準的な核構造計算である、SDPF-M相互作用を用いたモンテカルロ殻模型計算による分光学的因子をグラウバー模型に代入して包括的断面積を計算したところ、実験値を過大評価した。核構造の観点からその原因について考察したところ、$$^{30}$$Ne核では従来考えられてきたよりも4粒子4空孔励起の侵入者配位が多く、それによって$$^{30}$$Neと$$^{32}$$Mgの中性子部分の波動関数との重なりが小さいためであると結論づけた。この増大した4粒子4空孔励起のアイデアは、フッ素同位体において中性子ドリップ線が著しく延びる現象も説明することができる。

論文

Intermediate-energy Coulomb excitation of $$^{30}$$Na

Ettenauer, S.*; Zwahlen, H.*; Adrich, P.*; Bazin, D.*; Campbell, C. M.*; Cook, J. M.*; Davies, A. D.*; Dinca, D.-C.*; Gade, A.*; Glasmacher, T.*; et al.

Physical Review C, 78(1), p.017302_1 - 017302_4, 2008/07

 被引用回数:12 パーセンタイル:35.43(Physics, Nuclear)

ミシガン州立大学国立超伝導サイクロトロン研究所にて、中性子過剰核$$^{30}$$Naの中間エネルギークーロン励起実験が行われ、基底状態からのB(E2)が初めて測定された。この実験で$$gamma$$線が1本観測され、$$B(E2;2^+_{gs} to 3^+_1)=147(21)$$ $$e^2$$fm$$^4$$が得られた。この原子核は、以前発表者らの殻模型計算によって中性子数20の魔法数が消滅する核であるとされており、大きなB(E2)値が予言されていた。この実験で大きなB(E2)値が得られたことから、発表者らの描像が妥当であることが確かめられた。一方、殻模型計算では基底状態から$$4^+$$へ励起するB(E2)値も大きく、この実験で見えることが期待されたが、見つからなかった。その原因については今後の実験及び理論の研究が待たれている。

論文

$$d_{5/2}$$ proton hole strength in neutron-rich $$^{43}$$P; Shell structure and nuclear shapes near $$N$$=28

Riley, L. A.*; Adrich, P.*; Baugher, T. R.*; Bazin, D.*; Brown, B. A.*; Cook, J. M.*; Cottle, P. D.*; Diget, C. A.*; Gade, A.*; Garland, D. A.*; et al.

Physical Review C, 78(1), p.011303_1 - 011303_5, 2008/07

 被引用回数:24 パーセンタイル:18.98(Physics, Nuclear)

ミシガン州立大学超伝導サイクロトロン研究所にて、$$^{44}$$Sから1陽子ノックアウト反応の断面積を測定することにより、$$^{43}$$Pの励起状態の構造を研究した。この実験によって、$$5/2^+$$と考えられる多数の励起状態を生成し、それらの生成確率から、分光学的因子を引き出した。その結果、1009keVの励起状態への分光学的因子は特に大きな値となることがわかった。この結果を発表者らの殻模型計算と比較した結果、実験で得られた分光学的因子の分布はテンソル力による殻構造の変化及びそれによる$$^{43}$$Pの変形を示すものであることがわかった。すなわち、殻ギャップがテンソル力によって狭まることで変形しやすくなった結果、一粒子強度関数がより広い励起エネルギーに渡って分散するということを意味したものである。

論文

Single-neutron knockout from intermediate energy beams of $$^{30,32}$$Mg; Mapping the transition into the "island of inversion"

Terry, J. R.*; Brown, B. A.*; Campbell, C. M.*; Cook, J. M.*; Davies, A. D.*; Dinca, D.-C.*; Gade, A.*; Glasmacher, T.*; Hansen, P. G.*; Sherrill, B. M.*; et al.

Physical Review C, 77(1), p.014316_1 - 014316_12, 2008/01

 被引用回数:63 パーセンタイル:5.17(Physics, Nuclear)

ミシガン州立大学サイクロトロンにて、中性子過剰核$$^{30,32}$$Mgビームからの一粒子ノックアウト反応の断面積を測定した。その結果、$$^{32}$$Mgからのノックアウト反応により$$^{31}$$Mgの状態が多数観測され、負パリティ状態と考えられている状態を直接生成する断面積が大きいことがわかった。このことは、$$^{32}$$Mgの基底状態の波動関数に負パリティを持つpf軌道に中性子が励起した状態が相当含まれていないと説明されないことを意味し、モンテカルロ殻模型などが予言する2粒子2空孔励起の描像を強く支持するものである。さらに、この実験結果からスペクトロスコピック因子を引き出し、原子力機構でなされたモンテカルロ殻模型計算と比較したところ、両者の良い一致が得られた。すなわち、この「逆転の島」領域における殻模型の妥当性が示された。

論文

Spectroscopy of $$^{36}$$Mg; Interplay of normal and intruder configurations at the neutron-rich boundary of the "Island of Inversion"

Gade, A.*; Adrich, P.*; Bazin, D.*; Bowen, M. D.*; Brown, B. A.*; Campbell, C. M.*; Cook, J. M.*; Ettenauer, S.*; Glasmacher, T.*; Kemper, K. W.*; et al.

Physical Review Letters, 99(7), p.072502_1 - 072502_4, 2007/08

 被引用回数:69 パーセンタイル:8.98(Physics, Multidisciplinary)

中性子数20付近の中性子過剰核では魔法数が消滅することが知られており、その領域の大きさは15年ほど前に「逆転の島」として予言された。「逆転の島」が生じるメカニズムについては諸説あったが、われわれの提唱する、殻進化による殻ギャップの狭まりという概念が有力な候補の一つである。そのメカニズムの是非を分ける一つの実験的手段として、もともと提唱された逆転の島領域を超え、より中性子過剰核でも魔法数が消滅するかどうかを調べるのが有力な方法である。この論文は、ミシガン州立大学国立超伝導サイクロトロン研究所で、$$^{38}$$Siからの2陽子ノックアウト反応により、$$^{36}$$Mgの励起状態を初めて観測した結果を報告したものである。$$gamma$$線分光のデータから、この核の第一励起状態は660keVであることが初めてわかり、機構で計算されたモンテカルロ殻模型計算の予言値に近いことがわかった。また、反応断面積の解析から、魔法数が消滅する配位が基底状態の約半分を占めることがわかり、これも計算の予言と一致した。この計算だけが正しく実験値を予言したものであり、中性子過剰核における殻進化という概念を支持することとなった。

論文

Direct evidence for the onset of intruder configurations in neutron-rich Ne isotopes

Terry, J. R.*; Basin, D.*; Brown, B. A.*; Campbell, C. M.*; Church, J. A.*; Cook, J. M.*; Davies, A. D.*; Dinca, D.-C.*; Enders, J.*; Gade, A.*; et al.

Physics Letters B, 640(3), p.86 - 90, 2006/09

 被引用回数:53 パーセンタイル:6.63(Astronomy & Astrophysics)

アメリカ・ミシガン州立大学にある超伝導サイクロトロンを用いて生成された、中性子過剰核$$^{28}$$Neの一中性子ノックアウト反応により、$$^{27}$$Neの低励起状態を探索した。その結果、885keVの765keVの二つの励起状態が見つかった。中性子数20の魔法数が良いと仮定したsd殻模型計算では、この原子核では中性子分離エネルギーまでに一つしか励起状態がないとされるため、少なくともこれらのうち一つは魔法数を規定する20の殻ギャップを超えて中性子が励起した状態と結論づけられる。原子力機構で行ったモンテカルロ殻模型計算によると、中性子数20の殻ギャップがNe同位体ではかなり縮まるため、1粒子1空孔励起した配位が主である負パリティ状態が1MeV以下の低い励起エネルギーに出現することが予言されている。この実験結果はまさにそのような状態が存在することを示したものであり、Neにおける殻ギャップについて大きな知見を与えた。

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