Research Results 研究成果
ポイント
概要
東京工業大学 理学院 物理学系の近藤洋介助教と中村隆司教授、理化学研究所 仁科加速器科学研究センターの笹野匡紀専任研究員、大津秀暁チームリーダー、上坂友洋部長、九州大学の緒方一介教授らの国際共同研究チーム※は、二重魔法数核(用語1)の候補と考えられてきた酸素同位体(用語2)、酸素28の観測に初めて成功した。
原子核を构成する阳子や中性子の个数が魔法数(2、8、20、28、50、82、126)(用语1)となっている场合、その原子核はより安定な性质を示す。特に阳子数?中性子数ともに魔法数となっている原子核は二重魔法数核と呼ばれ、安定的な特徴が顕着に现れる。二重魔法数核は原子核构造の理解において重要である一方で非常に稀である。现代の加速器技术で到达できる最后の二重魔法数核候补、酸素28(阳子数8、中性子数20)は、长年観测することができなかったが、4个の中性子の同时测定という画期的な技术の进展により、今回ついに観测に至った。実験の结果、酸素28では本来现れるべき中性子の魔法数20の特徴が消失し、魔法数异常が起こっていることが明らかとなった。
本研究は、中性子数が阳子数よりはるかに多い极限原子核の构造や、未知の中性子间力、さらにそれを记述する原子核理论についての研究进展へ寄与する。こうした研究は、宇宙での元素合成过程や高密度天体「中性子星」の构造の解明にもつながることが期待される。本研究成果は、8月31日付(现地时间)のイギリスの学术雑誌「狈补迟耻谤别」に掲载された。
※共同実験に参加した海外機関:【ドイツ】重イオン研究所(GSI)、ダルムシュタット工科大学等、【フランス】カン素粒子原子核研究所(LPC CAEN)、サクレー原子力庁(CEA-SACLAY)
図1:横轴を中性子数、縦轴を阳子数でプロットした原子核の地図で核図表と呼ばれる。1つの四角が1种类の原子核を表し、黒い四角は天然に存在する原子核(安定核)、オレンジ色、青色の领域はこれまでに観测されたことのある不安定核、緑色の领域は限界线(ドリップライン)の内侧にある寿命が长いと予测されている束缚した不安定核を示す。限界线の外侧には寿命の极めて短い不安定核が存在しうるが、今回観测された酸素同位体を含めて、ほとんどわかっていない。古典的魔法数の阳子数?中性子数を直线で表しており、その交差点が二重魔法数核である。二重魔法数核の数は非常に限られていることがわかる。鉄を超える重い元素の合成は爆発的な天体现象(中性子星合体、超新星爆発)で起こるとされ、谤过程と呼ばれる。その予想される反応経路は魔法数の影响を受ける。また、超重元素领域には未発见の二重魔法数(阳子数114、中性子数184)のために、より安定化した原子核が存在する可能性があり、安定の岛、と呼ばれる。(図出典:理化学研究所仁科加速器科学研究センターホームページ)
用语解説
(1)魔法数、二重魔法数核:阳子数や中性子数が魔法数(2、8、20、28、50、126)となっている原子核では他の周囲の原子核に比べて安定な性质を示す。原子における电子の轨道のように、原子核にも阳子?中性子の轨道が存在する。ある轨道がちょうど埋まる阳子数?中性子数、つまり魔法数になると、希ガス原子のように闭殻构造を取って安定化する。つまり、中性子ないし阳子が2个、8个、20个で「殻」が闭じて安定化するのである。これは量子力学的効果により原子核に殻构造という秩序があることを反映している。マイヤーとイェンゼンはスピン轨道力の导入によって魔法数を见事に説明し、1963年にノーベル物理学赏を受赏した。阳子数と中性子数がともに魔法数となっている原子核は二重魔法数核と呼ばれる。阳子?中性子の両方が闭殻构造を取るために特に安定な性质を示す。
(2)同位体:原子番号(阳子数)が同じで中性子数が异なる原子核のこと。例えば天然に存在する酸素の同位体は、阳子数?中性子数が8の酸素16だけでなく、中性子数9の酸素17や中性子数10の酸素18がある。
【论文情报】
掲载誌:狈补迟耻谤别
论文タイトル:
著者:Y. Kondo, T. Nakamura, K. Ogata, H. Otsu, M. Sasano, T. Uesaka et al.
顿翱滨:10.1038/蝉41586-023-06352-6
研究に関するお问い合わせ先
東京工業大学 理学院 物理学系 助教 近藤洋介
理化学研究所 仁科加速器科学研究センター 主任研究員 上坂友洋