プレスリリース

理研、ガンマ線を放出する非束縛状態の発見

2017/5/19 18:10
共有
保存
印刷
その他

発表日:2017年5月19日

ガンマ線を放出する非束縛状態の発見

-電磁相互作用が強い相互作用に拮抗する稀な現象-

 

■要旨

 理化学研究所(理研)仁科加速器研究センター櫻井RI物理研究室のピーター・ドーネンバル研究員、櫻井博儀主任研究員をはじめとした11カ国の研究者による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スズ-133(133Sn、陽子数50、中性子数83)原子核の励起準位を調べたところ、「非束縛状態[2]」であるにも関わらずガンマ崩壊[3]が起こるという現象を発見しました。

 原子核を徐々に励起していくと、核子(陽子や中性子)が束縛されるか・されないかの限界に達します。この限界を超えると原子核は非束縛状態になり、強い相互作用[4]により核子を放出して崩壊します。一方で、限界を超えない場合には核子は放出されず、電磁相互作用[5]によりガンマ線を放出してエネルギーの低い状態に遷移するガンマ崩壊が起こります。強い相互作用の強さは電磁相互作用に比べて約10,000倍も大きいため、非束縛状態が脱励起するときは、電磁相互作用によるガンマ崩壊はほとんど起こらないと考えられていました。

 今回、国際共同研究グループは、RIBFで光速の約70%となる核子当たり345メガ電子ボルト(MeV、1MeVは100万電子ボルト)に加速された大強度のウラン(238U)ビームを用いた核分裂反応により、放射性同位元素(RI)[6]のスズ-134(134Sn、陽子数50、中性子数84)をビームとして取り出しました。この134Snビームを炭素標的に照射して133Snを生成し、133Snから放出されるガンマ線のエネルギーを高効率ガンマ線検出器(DALI2)で測定しました。その結果、検出されたガンマ線のエネルギーは133Snが束縛されるか・されないかの励起準位の閾値(しきいち)の2.4MeVよりも大きい3.6MeVであることが分かりました。今回発見した現象は133Snが非束縛状態であるにも関わらず、強い相互作用と拮抗して電磁相互作用によるガンマ崩壊を起こすという、これまでの常識とはかけ離れた現象です。

 本成果は、宇宙での重元素合成過程(r過程)[7]のシナリオに影響を与えます。これまでの理論モデルでは、中性子過剰核の非束縛状態からの脱励起には中性子放出過程のみが考えられており、今回のようなガンマ線放出過程は含まれていませんでした。今後もRIBFで非束縛状態の研究が進むことで、これまでの常識を覆す新しい成果の創出が期待できます。

 本研究成果は、米国の科学雑誌『Physical Review Letters』のオンライン版(5月18日付け)に掲載される予定です。

 ※国際共同研究グループ

  理化学研究所 仁科加速器研究センター 櫻井RI物理研究室

  研究員 ピーター・ドーネンバル (Pieter Doornenbal)

  主任研究員 櫻井 博儀 (さくらい ひろよし)

  スペイン高等科学研究院 物質構造研究所

  大学院生 ビクトル・バケーロ(Victor Vaquero)

  研究員 アンドレア・ユングラウス(Andrea Jungclaus)

 その他、日本国内から東京大学、立教大学、京都大学、日本原子力研究開発機構、海外からイタリア、イギリス、中国、ノルウェー、香港、フランス、トルコ、ルーマニア、ハンガリーの10カ国の大学・研究機関の研究者が参加している。

■背景

 自然界には、「強い相互作用」「電磁相互作用」「弱い相互作用」「重力相互作用」という四つの基本的な相互作用があります。これらの相互作用によって私たちの身の回りの物質の性質、運動などが決まります。核子(陽子と中性子)で構成されたミクロな原子核の世界では、重力相互作用は非常に小さく、強い相互作用、電磁相互作用、弱い相互作用が原子核の構造や反応ダイナミクス、崩壊様式などに関与しています。強い相互作用によって陽子と中性子が結びつき、電磁相互作用によって陽子間に働くクーロン斥力の形成や励起準位からのガンマ崩壊などが、弱い相互作用によって不安定原子核のベータ崩壊[8]などが引き起こされます。

 原子核を徐々に励起していくと核子が束縛されるか・されないかの限界に達します。この限界を超えると原子核は「非束縛状態」になり、強い相互作用により核子を放出して崩壊します。一方で、限界を超えない場合には核子は放出されず、電磁相互作用でガンマ線を放出してエネルギーの低い状態に遷移する「ガンマ崩壊」が起こります。強い相互作用の強さは電磁相互作用に比べ、約10,000倍も大きいため、非束縛状態が崩壊するときは、電磁相互作用によるガンマ崩壊はほとんど起こらないと考えられていました。

 *研究手法と成果などリリース詳細は添付の関連資料を参照

 

 

リリース本文中の「関連資料」は、こちらのURLからご覧ください。

研究手法と成果などリリース詳細

http://release.nikkei.co.jp/attach_file/0445605_01.pdf

共有
保存
印刷
その他

電子版トップ速報トップ

【PR】

【PR】

主要ジャンル速報

北海道 28日 7:01
28日 7:00
東北 28日 18:01
28日 7:00
関東 28日 7:01
28日 7:00
東京 28日 7:01
28日 7:00
信越 28日 7:00
28日 7:00
東海 2:00
1:38
北陸 28日 7:01
28日 7:00
関西 2:00
2:00
中国 28日 7:01
28日 7:01
四国 28日 12:30
28日 7:01
九州
沖縄
28日 21:59
28日 21:37

【PR】



日本経済新聞社の関連サイト

日経IDの関連サイト

日本経済新聞 関連情報