原子核の世界を研究する～クラスター構造を中心に～原子核ハドロン物理学研究室川畑貴裕分子・原子・原子核  全ての物質は原子からできている。  原子の大きさは、およそ１００億分の１メートル (10-10 m)。  原子の中心には原子核があり、その回りを電子が周回している。  原子核は陽子と中性子からなる。  原子核の大きさは、およそ１００兆分の１メートル(10-14 m)。原子と原子核の大きさの比は1万倍！  原子の質量の99.98%は、原子核の質量。物質の質量の大半は原子核の質量！原子の大きさを甲子園球場（～100 m）だとすると、原子核の大きさは、マウンドにおかれたパチンコ玉（～ 5 mm）ほど。もしパチコン玉の大きさの原子核を作れたとすると、質量は、約1.6億トン。原子核の一般的性質  平均密度原子核の種類に関わらずほぼ一定 ρ～ 0.17 核子/fm3 = 2.8 × 1014 g/cm3 = 2.8億トン/cm3 超高密度!!  半径平均半径: R ～ 1.1 A1/3 fm  核子間の平均距離１核子が占める空間の平均半径: r ～ 1.1 fm, 陽子の半径 rp～ 1.2 fm 核子間の平均距離: d～2.2 fm 核力の平均到達距離にほぼ同じ。多様な原子核の世界中間エネルギー重イオン反応温度・励起エネルギー液相気相共存量子多体系である原子核の世界では多様な物理現象が発現する。核物質超重核高スピン巨大共鳴クラスター崩壊 α捕獲・融合閾値エネルギー振動クラスター変形殻模型的励起状態基底状態陽子過剰核低密度でα凝縮安定核核分裂・融合共鳴・連続状態弱結合系シェルの変容新しい魔法数 2中性子相関中性子ハロー中性子スキン中性子過剰核クラスター相関と独立粒子模型核子は平均ポテンシャルの中の軌道を占有し、互いに独立に運動している。核子はクラスターごとに強く相関。独立クラスター相関一見、互いに矛盾した描像に思えるが、原子核が見せる二つの異なる側面を、それぞれ記述しているに過ぎない。この事実は量子多体系である原子核の多様性を端的に示している。原子核におけるクラスター相関の発現と消失を研究することは、原子核を理解する上で非常に重要。 Cluster Structures Cluster structures can be seen on all physical scale. Galaxy A galaxy contains 107—1012 stars. 50—100 galaxies constitute a cluster of galaxies. Hadron Quarks are confined in hadron at normal T. Quarks are deconfined and form QGP at high T. Cluster correlation is very important to study the dynamics on each physical scale. 原子核におけるクラスター状態一般に原子核では「独立粒子模型」が良く成り立つ。例えて言うなら「混雑した通勤電車」。通勤電車にはたくさんの人が乗車して混雑しているけれど、乗客は誰とも会話せずに静かに乗車している。電車に1人乗っているのと変わらない。 ‥‥‥ = + +  ‥‥‥ + + + ‥‥ 時として、「混雑した行楽電車」になることもある。グループ客は、客同士で固まって乗車し、互いに会話（相関）している。通勤電車とは明らかに異なる状態にある。 ※ 行楽電車のように核子がグループごとに強く相関した状態をクラスター状態と言う。クラスター状態探索実験@大阪大学実験を大阪大学核物理研究センターで実施 oo D2 Grand Raiden D1 LAS 高分解能磁気スペクトロメータ Grand Raiden 崩壊粒子検出装置リングサイクロトロン 24Mgにおけるクラスター状態探索励起状態の構造によって、崩壊する様式が異なると期待される。測定領域崩壊確率 20Ne (gs) 69% 20Ne 2+ 1 22% 24Mg 測定結果は、20Neへの強い崩壊を示しており、 Ex =14 MeV付近の状態が 2α+16O クラスター状態であることを示唆している。 Exotic Structures in Light Nuclei 3α Cluster Chain in 14C Molecular Structures in O and Ne Isotopes Stable Spherical Nuclei 12O 13O 14O 15O 16O 17O 18O 19O 20O 21O 22O 11N 12N 13N 14N 15N 16N 17N 18N 19N 20N 21N Cluster Gas 0+2 in 12C C 8C 9C 10C 11C 12C 13C 14C 15C 16C 17C 18C 19C 20C B 8B 9B 10B 11B 12B 13B 14B 15B Be 7Be 8Be 9Be 10Be11Be12Be 11Li Li 6Li 7Li 8Li 9Li He 3He 4He H 1H 2H 6He 14Be 19B Different Deformation in p and n distributions 10C, 16C 8He 3H Excited States n Slide by Y. K-En’yo 17B core core Neutron Halo 6He, 11Be Neutron Skin 8He, 20C  Cluster Molecule Be Isotopes RIビームファクトリー＠理化学研究所不安定核(RI)ビームを作り出して、その性質を明らかにする。世界初、史上最強 8,300t 超伝導リングサイクロトロン(SRC) 水素からウランまでの元素を光速の約 70%まで加速分散整合ビームライン不安定核ビームの運動量を分析する。世界最大口径超伝導ＲＩビーム収集分離装置 (BigRIPS) 生成された多くの不安定核の中から必要な原子核を選び出す。高分解能磁気スペクトロメータ SHARAQ 分散整合技術で高分解能を達成不安定核ビームを使った散乱実験不安定核は標的にできないので逆運動学実験をしなければならない。順運動学実験  mi , pi  逆運動学実験  m3 , p3  m , p   m2 , p2   m1, p1   m1,0 質量欠損分光別のやり方を考えてみる: 反跳粒子を測定すれば、逆運動学条件下でも質量欠損分光を実行できる。 反跳粒子のエネルギーはとても低い。 j  mk , pk   m2 ,0 力づくで解決する: 不変質量分光では全ての崩壊粒子を測定しなければならない。  崩壊粒子の数が増加するとあっという間に破綻する。 j 不変質量分光  0, pl   mi , pi  m , p   m2 , p2  j j  mk , pk   m1,0  m3 , p3   0, pl  不安定核ビームを用いた質量欠損分光アクティブターゲット開発低エネルギー反跳粒子を測定するためにアクティブターゲットを開発中 Pre-Amp. Active Target Drift Cage Encoder Beam まとめ    原子核の世界は、様々な現象が発現する多様な世界です。その多様な世界を支配するダイナミクスを明らかにするため、クラスター状態の研究をしています。安定核だけでなく、不安定核も対称に幅広く研究をやっています。