原子核の性質に光を当てる新しい論文が発表されました。 A new paper sheds light on the nature of atomic nuclei.
2022-11-30 アルゴンヌ国立研究所(ANL)
アルゴンヌ国立研究所とノースカロライナ大学チャペルヒル校の最新の研究により、研究者は力の中でも特に謎に包まれている「強い核力」の理解に一歩近づいたと言える。
今回の実験では、Argonne Tandem Linac Accelerator Systemを使って、Ni-64核のサンプルを鉛の標的に向けて加速した。鉛の陽子とニッケルの陽子の反発によって生じる電磁力によって、鉛原子がNi-64原子核を励起することができる。
この過程は、ポップコーンの袋を電子レンジで温めるのに似ている。ポップコーンは温められると、さまざまな形や大きさに弾け始めます。電子レンジから取り出されたポップコーンは、中に入っていたものとは異なっている。
Ni-64原子核が励起された後、基底状態に戻るときに放出されるガンマ線をGRETINAと呼ばれる装置で検出した。また、CHICO2という検出器では、相互作用に関与した粒子の向きを測定した。これらの検出器によって得られたデータから、研究チームはNi-64が励起されてどのような形状になったかを特定することができた。
データの解析から、鉛との相互作用で励起されたNi-64原子核も形状が変化していると結論づけられた。しかし、ニッケルの球形の原子核は、見慣れたふわふわした形ではなく、エネルギーの大きさによって、ドアノブのような扁平形と、サッカーボールのような長方形の2つの形に変化していた。この発見は、Ni-64のように多数の陽子と中性子からなる重い原子核では珍しいことである。
＜関連情報＞
- https://www.anl.gov/article/nuclear-popcorn-heavy-nucleus-changes-shapes-at-different-energies
- https://journals.aps.org/prc/abstract/10.1103/PhysRevC.106.044313
64Niの多段階クーロン励起：低スピン励起の形状共存と性質 Multistep Coulomb excitation of 64Ni: Shape coexistence and nature of low-spin excitations
D. Little, A. D. Ayangeakaa, R. V. F. Janssens, S. Zhu, Y. Tsunoda, T. Otsuka, B. A. Brown, M. P. Carpenter, A. Gade, D. Rhodes, C. R. Hoffman, F. G. Kondev, T. Lauritsen, D. Seweryniak, J. Wu, J. Henderson, C. Y. Wu, P. Chowdhury, P. C. Bender, A. M. Forney, and W. B. Walters
Physical Review C Published 14 October 2022
DOI:https://doi.org/10.1103/PhysRevC.106.044313
ABSTRACT
The structure of 64Ni, the heaviest stable Ni isotope, has been investigated via high-statistics, multistep safe Coulomb excitation to search for shape coexistence, a phenomenon recently observed in neutron-rich 66Ni and 70Ni as well as in doubly magic, N=40, 68Ni. The study was motivated by recent, state-of-the-art Monte Carlo shell-model calculations (MCSM), where a Hamiltonian with effective interactions incorporating the monopole tensor force predicts the existence of shape coexistence, also in the lower-mass 62,64Ni isotopes. A set of transition and static E2 matrix elements for both yrast and near-yrast structures was extracted from the differential Coulomb excitation cross sections. From comparisons between the new results and MCSM as well as other shell-model calculations, a clearer picture of the structure of 64Ni emerges. Specifically, the low-spin states are shown to be dominated by proton and neutron excitations mainly within the fp shell, with minimal contribution from the g9/2 shape-driving neutron orbital. The agreement between experimental data and MCSM results indicates a small oblate deformation for the 0+2 level and a spherical shape for the 0+3 state. In addition, the small upper limit determined for the B(E2) probability of a transition associated with the decay of the recently observed 3463-keV, 0+4 state agrees with its proposed assignment to a prolate shape, herewith providing first evidence for triple shape coexistence in a stable Ni isotope.
