不安定核ランタン149の基底状態を識別し質量を精密決定 -質量-半減期同時測定により原子核の状態を識別-

2026-06-11 高エネルギー加速器研究機構,理化学研究所

KEK(高エネルギー加速器研究機構)と理化学研究所の国際共同研究グループは、不安定核であるランタン149の基底状態を識別し、その質量を高精度で決定することに成功した。研究では、多重反射型飛行時間測定式(MRTOF)質量分光器にベータ崩壊検出機構を組み合わせ、質量と半減期を同時に測定する新手法を採用した。これにより、測定したイオンが基底状態か励起状態かを識別しながら質量を求めることが可能となった。その結果、ランタン149の基底状態質量を高い確度で決定し、従来の測定から示唆されていたランタン同位体特有の二中性子分離エネルギーの異常な振る舞いは確認されなかった。今回の成果は、中性子過剰なランタン同位体の原子核構造を理解するための信頼性の高い実験データを提供するとともに、短寿命核の研究において質量と半減期を同時測定し原子核状態を識別する手法の有効性を示した。原子核理論モデルの精密化や核構造研究の発展に貢献する成果として期待される。

不安定核ランタン149の基底状態を識別し質量を精密決定 -質量-半減期同時測定により原子核の状態を識別-
実験装置の概念図

<関連情報>

新しいグラウンドステート149L1ランタン同位体における2つの中性子分離エネルギー異常を除去する New Ground State in 149La Removes Two-Neutron-Separation-Energy Anomaly in Lanthanum Isotopes

S. Kimura, M. Wada, H. Haba, Y. Hirayama, H. Ishiyama, Y. Ito, T. Niwase, M. Rosenbusch, P. Schury et al.
Physical Review Letters  Published: 9 June, 2026
DOI: https://doi.org/10.1103/gvxl-vxd4

Abstract

Nuclear mass is a key indicator of how the nuclear shell structure evolves. The recent mass measurement study of neutron-rich lanthanum isotopes [Jaries et al., Phys. Rev. Lett. 134, 042501 (2025)] reveals the presence of a distinct prominence in their two-neutron separation energies. However, its presence has been called into question based on the results of another mass determination [Liu, Ph.D. thesis, University of Notre Dame, 2025, 10.7274/28766600.v1.]. In this Letter, we report an effort to clarify these contradictory results through the use of the simultaneous mass-lifetime measurement of the neutron-rich lanthanum isotope 149La using a multireflection time-of-flight mass spectrograph combined with a β-TOF detector. The peak corresponding to a -decaying state was observed in the time-of-flight spectra at a position of 221⁢(6)  keV/c2 lighter than the reported 149La mass in Jaries et al., but our measured result is in excellent agreement with the mass value reported in Liu. We have concluded that this peak is the ground state of 149La. With this, the previously reported distinct prominence in the two-neutron separation energies disappears, while a new kink structure, similar to that in the cerium isotopes, appears. Comparison with theoretical models suggests that a nuclear shape transition from octupole deformation to another type of deformation occurs around N=91 and is likely the cause of this kink structure.

1701物理及び化学
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