マグネシウム-40原子核のガンマ線分光に成功

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中性子過剰な原子核に出現した謎の構造

2019-02-28  理化学研究所

理化学研究所(理研)仁科加速器科学研究センターRI物理研究室のピーター・ドーネンバル専任研究員、櫻井博儀室長らの国際共同研究グループは、理研の重イオン加速器施設「RIビームファクトリー(RIBF)[1]」を用いて、中性子過剰なマグネシウム-40(40Mg、陽子数12、中性子数28)原子核のガンマ線分光[2]に成功し、二つのガンマ線を観測しました。

本研究成果は、理論研究にインパクトを与え、弱く束縛された原子核を含む新たな原子核描像の構築に向けて貢献することが期待できます。

原子核が比較的安定になる陽子や中性子の数である「魔法数[3]」には28が含まれます。しかし最近の理論研究では、中性子過剰な40Mgでは中性子数28は魔法数でないと予想されていました。

今回、国際共同研究グループは、RIBFで光速の約70%まで加速された大強度のカルシウム(48Ca)ビームを用いて、放射性同位元素(RI)[4]40Mgを人工的に生成する実験を行いました。この実験では、大強度カルシウムビームと高効率ガンマ線検出器DALI2[5]を用いることにより、これまで不可能だった40Mgのガンマ線分光に成功し、低励起準位から脱励起する二つのガンマ線を観測しました。そのエネルギーパターンは他のマグネシウム同位体とは大きく異なっており、40Mgでは魔法数28は喪失していること、40Mgは他のマグネシウム同位体と比べて大きく変形した未知の構造であることが示されました。この謎の解明には、今後の理論研究の進展を待つ必要があります。

本研究は、米国の科学雑誌『Physical Review Letters』のオンライン版(2月8日付け)に掲載され、Editors’ Suggestionに選ばれました。

※国際共同研究グループ

理化学研究所
仁科加速器科学研究センター RI物理研究室
専任研究員 ピーター・ドーネンバル (Pieter Doornenbal)
室長 櫻井 博儀 (さくらい ひろよし)

ローレンスバークレー国立研究所
原子核科学部門 低エネルギー研究プログラム核構造グループ
研究員 ヘザー・クロフォード(Heather Crawford)
プログラムリーダー ポール・ファロン(Paul Fallon)
グループリーダー オウグスト・マキャベリ(Augusto Macchiavelli)

本研究には理化学研究所をはじめ、他24名(東京大学、大阪大学、東京工業大学、カナダ:セントメリー大学、TRIUMF研究所、フランス:パリ南大学、イギリス:ヨーク大学、ドイツ:GSI研究所)が参加。

背景

原子の中心にある原子核は陽子と中性子から構成されており、陽子の数、中性子の数を変化させることでさまざまな特徴を示します。原子核が比較的安定になる陽子や中性子の数のことを「魔法数」と呼び、自然界に存在する約270種類の安定核では、2、8、20、28、50、82、126が魔法数になることが知られています。

ところが、同じ原子番号の安定核に比べて中性子が多い原子核(中性子過剰核[6])の性質を効率よく調べることができるようになると、魔法数8、20、28が消失し、新しい魔法数16、34が出現することが分かってきました注1~5)。これは、安定核では影を潜めていた相互作用が中性子過剰核の中で働いて、魔法数が変化するからだと考えられています。

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