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論文

Consistent description of light composite particle emission in deuteron-induced reactions

中山 梓介; 岩本 修; 渡辺 幸信*

Physical Review C, 100(4), p.044603_1 - 044603_8, 2019/10

重陽子は弱束縛であるため、他の原子核との相互作用を通じて容易に分解する。この分解過程は重陽子入射反応における様々な観測量に影響を与えると考えられる。本研究では、重陽子入射からの軽複合粒子(LCP)放出における分解過程の影響を調べることを目的とした。この目的を達成するための準備として、前平衡クラスター放出モデルを、分解過程を明示的に取り扱った重陽子用計算コードDEURACSに導入した。また、直接ピックアップ成分は半経験的モデルによって見積もった。改良したDEURACSを質量数$$27 leqslant A leqslant 90$$の標的に対する$$(d,xt)$$, $$(d,xmathrm{^{3}He})$$, $$(d,xalpha)$$反応の解析に適用したところ、標的や反応に依らず一貫して計算値は実験値を良く再現した。この結果から、分解過程はLCP放出にも大きな影響を与えていることが分かった。また、分解過程が適切に考慮されている限りにおいて、重陽子入射からのLCP放出は核子入射からのLCP放出と同様の描像で記述できることを示した。

論文

Multiharmonic vector rf voltage control for wideband cavities driven by vacuum tube amplifiers in a rapid cycling synchrotron

田村 文彦; 杉山 泰之*; 吉井 正人*; 山本 昌亘; 大森 千広*; 野村 昌弘; 島田 太平; 長谷川 豪志*; 原 圭吾*; 古澤 将司*

Physical Review Accelerators and Beams (Internet), 22(9), p.092001_1 - 092001_22, 2019/09

ビーム誘起電流による影響の低減(ビームローディング補償)はJ-PARC 3GeVシンクロトロン(RCS)における大強度ビーム加速に最も重要な課題の一つである。RCSでは広帯域金属磁性体空胴が用いられており、ビームの誘起する電圧は周回周波数の整数倍の成分を含むことから、それら複数の周波数成分(マルチハーモニック)の誘起電圧を抑制するビームローディング補償が必要である。これまではビーム電流の測定から補償信号を生成するRFフィードフォワード法による補償が行われており、マルチハーモニックフィードフォワードシステムは1MWまでのビーム試験においてその役割を果たしてきた。しかしながら、大強度になるにつれて補償性能の低下が確認されていた。そこで、低電力高周波(LLRF)制御システムの更新にあたり、マルチハーモニックベクトル電圧制御によるフィードバック制御を採用することとした。フィードバック制御はゲインの変動についても安定性の範囲内で性能を発揮することが期待される。本論文では、システムの構成、調整方法、大強度ビーム試験の結果について報告する。設計パワーである1MW相当のビーム加速において、ビームローディングはよく補償されている。

論文

Spinmotive force in the out-of-plane direction generated by spin wave excitations in an exchange-coupled bilayer element

Zhou, W.*; 関 剛斎*; 今村 裕志*; 家田 淳一; 高梨 弘毅*

Physical Review B, 100(9), p.094424_1 - 094424_5, 2019/09

The generation of the spinmotive force (SMF) requires the temporal and spatial variations of the magnetic moments. We explore an approach to satisfy this requirement by creating asymmetry in a thin film structure along the out-of-plane direction, through the use of an exchange-coupled $$L$$1$$_{0}$$-FePt / Ni$$_{81}$$Fe$$_{19}$$ bilayer element. As the spin wave is excited by rf magnetic field, a continuous dc voltage signal along the out-of-plane direction of the bilayer element appears. The sign of the voltage signal and its microwave power dependency agree with the theoretical framework of the SMF. The corresponding spin wave modes are revealed by carrying out the micromagnetic simulation. Our results demonstrate the generation of the SMF using a vertically structured element in addition to previously reported in-plane structured devices.

論文

Experimental study of Gamow-Teller transitions via the high-energy-resolution $$^{18}$$O($$^3$$He,$$t$$)$$^{18}$$F reaction; Identification of the low-energy "super" -Gamow-Teller state

藤田 浩彦*; 藤田 佳孝*; 宇都野 穣; 吉田 賢市*; 足立 竜也*; Algora, A.*; Csatl$'o$s, M.*; Deaven, J. M.*; Estevez-Aguado, E.*; Guess, C. J.*; et al.

Physical Review C, 100(3), p.034618_1 - 034618_13, 2019/09

大阪大学のリングサイクロトロンにて$$^{18}$$O($$^3$$He,$$t$$)$$^{18}$$F反応実験を行い、その荷電交換反応の断面積から、$$^{18}textrm{O}to^{18}textrm{F}$$のガモフテラー遷移分布$$B(textrm{GT})$$の励起エネルギー分布を測定した。その結果、$$^{18}$$Fの基底状態への$$B(textrm{GT})$$が3.1と非常に大きく、その他の励起状態への遷移強度は小さいことがわかった。この実験結果を大規模殻模型計算や乱雑位相近似計算と比較し、基底状態への強い遷移が理論計算によってよく説明されることがわかった。

論文

Novel universality class for the ferromagnetic transition in the low carrier concentration systems UTeS and USeS exhibiting large negative magnetoresistance

立岩 尚之; 芳賀 芳範; 酒井 宏典; 山本 悦嗣

Physical Review B, 100(6), p.064413_1 - 064413_7, 2019/08

少数キャリア系UTeS, USeSの強磁性転移温度近辺における磁化の臨界挙動について研究を行った。自発磁化等の温度依存から、各種臨界指数$$beta$$,$$gamma$$, $$delta$$を決定した。これらの強磁性状態は一軸磁気異方性が大きいことが特徴である。しかし、その臨界現象は三次元イジングのユニバーサリティクラスに属さないことが明らかになった。ウラン系強磁性超伝導物質UGe$$_2$$とURhGeでも類似の臨界指数が報告されている。本研究の結果、この新奇な臨界現象は系のキャリア数に依存せず出現することが明らかになった。

論文

Isomer spectroscopy in $$^{133}$$Ba and high-spin structure of $$^{134}$$Ba

Kaya, L.*; Vogt, A.*; Reiter, P.*; Siciliano, M.*; 清水 則孝*; 宇都野 穣; Wang, H.-K.*; Gargano, A.*; Coraggio, L.*; Itaco, N.*; et al.

Physical Review C, 100(2), p.024323_1 - 024323_18, 2019/08

$$^{133,134}$$Baの高スピン状態を$$^{136}textrm{Xe}+^{208}textrm{Pb}$$および$$^{13}textrm{C}+^{124}textrm{Sn}$$反応によって生成し、そこからの脱励起ガンマ線を観測した。$$^{133}$$Baの1942keVのアイソマーの寿命を66.6(20)nsと決定し、$$^{134}$$Baの$$10^+$$よりの高スピン状態を見つけた。この結果を殻模型計算と比較し、$$^{134}$$Baの$$10^+$$$$12^+$$の間隔や$$12^+$$$$14^+$$の間隔が広がるなどの特徴が計算によってよく再現できることがわかった。

論文

Downward terrestrial gamma-ray flash observed in a winter thunderstorm

和田 有希*; 榎戸 輝揚*; 中澤 知洋*; 古田 禄大; 湯浅 孝行*; 中村 佳敬*; 森本 健志*; 松元 崇弘*; 牧島 一夫*; 土屋 晴文

Physical Review Letters, 123(6), p.061103_1 - 061103_6, 2019/08

During a winter thunderstorm on 2017 November 24, a strong burst of gamma-rays with energies up to $$sim$$10 MeV was detected coincident with a lightning discharge, by scintillation detectors installed at Kashiwazaki-Kariwa Nuclear Power Plant at sea level in Japan. The burst had a sub-second duration, which is suggestive of photoneutron productions. The leading part of the burst was resolved into four intense gamma-ray bunches, each coincident with a low-frequency radio pulse. These bunches were separated by 0.7$$-$$1.5 ms, with a duration of $$<$$1 ms each. Thus, the present burst may be considered as a "downward" terrestrial gamma-ray flash (TGF), which is analogous to up-going TGFs observed from space. Although the scintillation detectors were heavily saturated by these bunches, the total dose associated with them was successfully measured by ionization chambers, employed by nine monitoring posts surrounding the power plant. From this information and Monte Carlo simulations, the present downward TGF is suggested to have taken place at an altitude of 2500$$pm$$500 m, involving $$8^{+8}_{-4} times10^{18}$$ avalanche electrons with energies above 1 MeV which is comparable to those in up-going TGFs.

論文

Electronic states of EuCu$$_2$$Ge$$_2$$ and EuCu$$_2$$Si$$_2$$ studied by soft X-ray photoemission spectroscopy

川崎 郁斗; 藤森 伸一; 竹田 幸治; 山上 浩志; 伊覇 航*; 辺土 正人*; 仲間 隆男*; 大貫 惇睦*

Physical Review B, 100(3), p.035111_1 - 035111_8, 2019/07

We have carried out angle-integrated photoemission spectroscopy (AIPES) and angle-resolved photoemission spectroscopy (ARPES) experiments using soft X-rays on single crystals of EuCu$$_2$$Ge$$_2$$ and EuCu$$_2$$Si$$_2$$ grown by the Bridgman method to investigate their electronic structures. The AIPES results showed that the Eu ions in EuCu$$_2$$Ge$$_2$$ and EuCu$$_2$$Si$$_2$$ are in a divalent state and a nearly trivalent state, respectively, in accord with the previously reported magnetic properties. The three-dimensional band structures and shapes of the Fermi surfaces of EuCu$$_2$$Ge$$_2$$ and EuCu$$_2$$Si$$_2$$ were studied by ARPES measurements. We found that the band structures near the Fermi level and Fermi surfaces of EuCu$$_2$$Ge$$_2$$ and EuCu$$_2$$Si$$_2$$ are very different from each other and are well reproduced by the band structure calculations based on density-functional theory for SrCu$$_2$$Ge$$_2$$ and YCu$$_2$$Si$$_2$$. This suggests that a charge transfer from the localized 4$$f$$ states into the valence bands is responsible for the difference in the electronic states between EuCu$$_2$$Ge$$_2$$ and EuCu$$_2$$Si$$_2$$.

論文

High-pressure structure and electronic properties of YbD$$_{2}$$ to 34 GPa

Klotz, S.*; Casula, M.*; 小松 一生*; 町田 真一*; 服部 高典

Physical Review B, 100(2), p.020101_1 - 020101_5, 2019/07

イッテルビウム水素化物(YbH$$_{2}$$)はCaH$$_{2}$$型構造からYがhcp位置、Hが未知の位置にある高圧相へと16GPaで転移する。本研究では、34GPaまでの中性子回折実験により、Hを含めた構造の完全決定を行った。水素(重水素)は、空間群$$P6_{3}/mmc$$の2aおよび2d位置を占め、高対称な"崩れた"密な充点構造をとる。高圧相への転移はゆるやかに起こり、全水素のうちの半分が、波打った水素レイヤーからYbで作られる格子の格子間に移動するように見える。第一原理計算から、この相転移は、$$f$$電子の占有率の変化(完全に占有状態から、部分占有状態x$$approx$$0.75)を伴うことが分かった。この相転移に伴う$$f$$軌道から$$d$$軌道への電子遷移は、結晶のバンドギャップを閉じ、金属状態を生み出す。その金属の基底状態は、格子間水素の面外振動モードを含んだ大きな電子-格子相互作用を持っている。

論文

Universal $$frac{1}{3}$$-suppression of magnonic shot noise in diffusive insulating magnets

仲田 光樹; 大沼 悠一*; 松尾 衛*

Physical Review B, 100(1), p.014406_1 - 014406_8, 2019/07

強磁性絶縁体接合系と比較し、不純物散乱をうける磁性絶縁体バルク中のマグノン流ノイズは$$frac{1}{3}$$に抑制されることを明らかにした。

論文

Unraveling anomalous isotope effect on hydrogen diffusivities in fcc metals from first principles including nuclear quantum effects

君塚 肇*; 尾方 成信*; 志賀 基之

Physical Review B, 100(2), p.024104_1 - 024104_9, 2019/07

結晶中の水素同位体の振る舞いは材料物理学における基本的なテーマである。広い温度範囲にわたる同位体拡散挙動は重要な知見だが、まだ完全な調査には至っていない。本研究では、電子と原子核の両方を量子力学的に扱った最先端の第一原理計算を行い、面心立方Pd金属中の水素同位体拡散係数の温度依存性を調べたところ、逆S型形状のアレニウスプロットを示すことがわかった。この異常な振る舞いは、温度・質量依存性の異なる核量子効果が競合することに起因する。その結果、80-400Kの限られた温度範囲で、三重水素($$^3$$H)が軽水素($$^1$$H)よりも速く拡散するという特性につながる。このメカニズムは、高温および低温での実験でそれぞれ観察されている正・逆同位体効果間がクロスオーバーを示す理論的根拠となることがわかった。

論文

Laser control of magnonic topological phases in antiferromagnets

仲田 光樹; Kim, S. K.*; 高吉 慎太郎*

Physical Review B, 100(1), p.014421_1 - 014421_9, 2019/07

巨視的磁化が無いため これまでスピントロニクス分野で見落とされていた「Neel磁気秩序を有する反強磁性絶縁体」に着目し、マグノンに宿る「トポロジカル量子物性」の創発・発芽機構をFloquet理論の観点から理論的に確立・解明した。特に 「マグノン」に特有の「電場誘起の幾何学的位相」を活用し、「時間反転対称性により保護されたトポロジカル物性」の制御・デザイン方法を確立した。本研究により 反強磁性絶縁体に固有の「非平衡トポロジカル物性」のレーザー制御・光デザインが実現可能になる。2018年に量子光学分野の発展に対してノーベル物理学賞が与えられたことに象徴される通り、昨今のレーザー技術の進展は目覚ましい。本研究はそうした「量子光学」分野と「マグノンスピントロニクス」分野を紡ぎ、両者に「光マグノンスピントロニクス」という新たな架け橋をかける革新的研究と位置づけられる。

論文

Spin and parity determination of the 3.004-MeV level in $$^{27}$$Al; Its low-lying multiplet structure

静間 俊行*; Omer, M.; 羽島 良一*; 清水 則孝*; 宇都野 穣

Physical Review C, 100(1), p.014307_1 - 014307_6, 2019/07

Nuclear resonance fluorescence (NRF) is a promising technique for the nondestructive assay (NDA) of nuclear materials. One of the features of the NRF is the angular distribution of the emitted photons in response to a linearly polarized incident beam. Here we irradiate the calibration standard of $$^{27}$$Al to linearly polarized beam. The spin and parity of the 3.004-MeV level in $$^{27}$$Al have been determined by measuring the angular correlation function of radiation emitted from levels populated by resonant absorption of polarized photons. The nuclear resonance fluorescence experiments were carried out at the High Intensity $$gamma$$-ray Source (HI$$gamma$$S) facility at Duke University using quasi-monoenergetic linearly polarized photon beams. The spin and parity of levels in $$^{27}$$Al were deduced from a comparison of the measured angular distribution ratios and azimuthal intensity asymmetries with theoretical predictions. The observed resonance properties were compared with shell model calculations using the universal sd interaction. The Monte Carlo shell model calculations were also performed to investigate low-energy structure of $$^{27}$$Al. This work was supported by the subsidiary for promotion of strengthening nuclear security or the like of the Ministry of Education, Culture, Sports, Science, and Technology (MEXT), Japan.

論文

Photoproduction and electroproduction of $$Lambda(1405)$$ via $$gamma^{(*)} pto K^{*+}pi^0Sigma^0$$

Nam, S.-I.*; 保坂 淳

Physical Review C, 100(1), p.015205_1 - 015205_10, 2019/07

We study the photo- and electro-productions of the vector kaon off the proton, i.e., $$gamma^{(*)} pto K^{*+}pi^0Sigma^0$$, and investigate the line shape of the $$pi^0Sigma^0$$ invariant mass in an effective Lagrangian approach with the inclusion of a $$K^{*}NLambda^{*}$$ interaction. Relevant electromagnetic form factors for the neutral hyperons and charged strange mesons are constructed by considering experimental and theoretical information. We find that the $$Lambda^{*}$$ peak is clearly observed for the photo- and electro-productions with the finite $$K^{*}NLambda^{*}$$ interaction, whereas the clear peak signals survive only for the electro-production, when we ignore the interaction. These different behaviors can be understood by different $$Q^2$$ dependences in the $$K^{*}$$ electromagnetic and $$K^{*}togamma K$$ transition form factors. We suggest a photon-polarization asymmetry $$Sigma$$ to extract information of the $$K^{*}NLambda^{*}$$ interaction. It turns out that $$Sigma$$ near the $$Lambda^{*}$$ peak region becomes negative with a finite $$K^{*}NLambda^{*}$$ interaction while positive without it for $$Q^2=0$$, due to the different naturalities of $$K$$ and $$K^{*}$$ exchanges. For $$Q^2ne 0$$, we observe more obvious signals in the peak region due to the additional contribution of the longitudinal virtual photon for $$Lambda^{*}$$.

論文

$$beta^-$$ decay of $$T_z$$ = +$$frac{11}{2}$$ isotopes $$^{37}$$Al and $$^{39}$$Si; Understanding Gamow-Teller strength distribution in neutron-rich nuclei

Abromeit, B.*; Tripathi, V.*; Crawford, H. L.*; Liddick, S. N.*; 吉田 聡太*; 宇都野 穣; Bender, P. C.*; Crider, B. P.*; Dungan, R.*; Fallon, P.*; et al.

Physical Review C, 100(1), p.014323_1 - 014323_14, 2019/07

中性子過剰核$$^{37}$$Al, $$^{39}$$Siとその娘核からのベータ崩壊をミシガン州立大学の国立超伝導サイクロトロン研究所において調べた。ベータ崩壊で得られた準位構造を大規模殻模型計算と比較し、実験と理論の良い一致が得られることがわかった。さらに、脱励起ガンマ線の強度から、それぞれの準位にベータ遷移する強度を表す$$log ft$$値を引き出した。これら奇核のベータ崩壊で得られた低励起状態への$$log ft$$値は偶偶核からのものよりも強くフラグメントしていることがわかった。これは、大規模殻模型計算で予言されたガモフテラー遷移強度の分布に対する一般的傾向に合致した結果である。

論文

Validation of the multinucleon transfer method for the determination of the fission barrier height

Kean, K. R.; 西尾 勝久; 廣瀬 健太郎; Vermeulen, M. J.; 牧井 宏之; Orlandi, R.; 塚田 和明; Andreyev, A.; Tsekhanovich, I.*; 千葉 敏*

Physical Review C, 100(1), p.014611_1 - 014611_6, 2019/07

The validity of the multinucleon transfer (MNT) approach for deduction of fission barrier heights was investigated in an experiment carried out at the JAEA tandem accelerator facility. By using the $$^{18}$$O+$$^{237}$$Np reaction, fission barrier heights were inferred from fission probabilities of the nuclei $$^{239}$$Np and $$^{239,240}$$Pu produced in the $$2n$$ and $$pn/p2n$$ transfer channels, respectively. The deduced values of fission barriers agree well with the literature data, thus demonstrating the potential of the MNT reactions for obtaining fission-barrier data for nuclei not accessible for fission studies via neutron- or light charged particle-induced reactions.

論文

Localized magnetic excitations in the fully frustrated dimerized magnet Ba$$_{2}$$CoSi$$_{2}$$O$$_{6}$$Cl$$_{2}$$

栗田 伸之*; 山本 大輔*; 金坂 拓哉*; 古川 信夫*; 河村 聖子; 中島 健次; 田中 秀数*

Physical Review Letters, 123(2), p.027206_1 - 027206_6, 2019/07

Magnetic excitations of the effective spin $$S$$ =1/2 dimerized magnet Ba$$_{2}$$CoSi$$_{2}$$O$$_{6}$$Cl$$_{2}$$ have been probed directly via inelastic neutron scattering experiments. We observed five types of excitation, which are all dispersionless within the resolution limits. The scattering intensities of the three low-lying excitations were found to exhibit different $$Q$$-dependences. Detailed analysis has demonstrated that Ba$$_{2}$$CoSi$$_{2}$$O$$_{6}$$Cl$$_{2}$$ is a two dimensional spin dimer system described only by a single dimer site, where the triplet excitations are localized owing to the almost perfect frustration of the interdimer exchange interactions and the undimerized spins, even in small concentration, make an essential contribution to the excitation spectrum.

論文

Quantum dynamics of hydrogen in the iron-based superconductor LaFeAsO$$_{0.9}$$D$$_{0.1}$$ measured with inelastic neutron spectroscopy

山浦 淳一*; 平賀 晴弘*; 飯村 壮史*; 村場 善行*; Bang, J.*; 池内 和彦*; 中村 充孝; 稲村 泰弘; 本田 孝志*; 平石 雅俊*; et al.

Physical Review B, 99(22), p.220505_1 - 220505_6, 2019/06

鉄系超伝導体LaFeAsO$$_{0.9}$$D$$_{0.1}$$の非弾性中性子散乱実験により、超伝導転移温度26K以下において、5-15meVのエネルギー領域に新しい励起が生じることを見出した。なお、この励起は母物質であるLaFeAsO$$_{0.9}$$F$$_{0.1}$$では現れない。14.5meVと11.1meVに現れる強い励起は水素の量子ラットリングまたはバンド運動に起因し、格子間サイトが2個以上のポテンシャル極小点を有する場合にのみ出現するものと結論付けた。

論文

Direct probing of the cluster structure in $$^{12}$$Be via the $$alpha$$-knockout reaction

Lyu, M.*; 吉田 数貴; 延与 佳子*; 緒方 一介*

Physical Review C, 99(6), p.064610_1 - 064610_9, 2019/06

$$^{12}$$Beにおける$$alpha$$クラスター状態を微視的構造理論によって記述し、その情報と$$alpha$$ノックアウト断面積との関係を明らかにすることが本研究の目的である。構造はTohsaki-Horiuchi-Schuck-R$"o$pke波動関数によって記述し、そこから得られる$$alpha$$クラスター波動関数を用いて歪曲波インパルス近似によって$$^{12}$$Beからの$$alpha$$ノックアウト反応を記述する。本研究の手法によって$$^{12}$$Beの基底状態及び低励起状態はよく再現され、$$^{12}$$Be基底状態からの$$alpha$$ノックアウト反応断面積が理論的に予言された。

論文

Emergence of a complete heavy-quark spin symmetry multiplet; Seven molecular pentaquarks in light of the latest LHCb analysis

Liu, M.-Z.*; Pan, Y.-W.*; Peng, F.-Z.*; S$'a$nchez-S$'a$nchez, M.*; Geng, L.-S.*; 保坂 淳; Valderrama, M. P.*

Physical Review Letters, 122(24), p.242001_1 - 242001_5, 2019/06

A recent analysis by the LHCb Collaboration suggests the existence of three narrow pentaquarklike states-the $$P_c$$(4312), $$P_c$$(4440), and $$P_c$$(4457)-instead of just one in the previous analysis [the $$P_c$$(4450)]. The closeness of the $$P_c$$(4312) to the $$bar{D}^{*}Sigma_c$$ threshold and the $$P_c$$(4440) and $$P_c$$(4457) to the $$bar{D}^{*}Sigma_c$$ threshold suggests a molecular interpretation of these resonances. We show that these three pentaquarklike resonances can be naturally accommodated in a contact-range effective field theory description that incorporates heavy-quark spin symmetry. This description leads to the prediction of all the seven possible $$S$$-wave heavy antimeson-baryon molecules [that is, there should be four additional molecular pentaquarks in addition to the $$P_c$$(4312), $$P_c$$(4440), and $$P_c$$(4457)], providing the first example of a heavy-quark spin symmetry molecular multiplet that is complete. If this is confirmed, it will not only give us an impressive example of the application of heavy-quark symmetries and effective field theories in hadron physics, it will also uncover a clear and powerful ordering principle for the molecular spectrum, reminiscent of the SU(3)-flavor multiplets to which the light hadron spectrum conforms.

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