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理研と東大など、中性子過剰な銅同位体原子核の励起状態の磁気モーメント測定に成功

発表日:2019年1月30日

磁気モーメントから分かる銅同位体の新たな姿

-極限までスピン整列度を高めたRIビームを駆使して測定に成功-

理化学研究所(理研)仁科加速器科学研究センター核分光研究室の市川雄一専任研究員、上野秀樹室長、東京大学大学院理学系研究科の大塚孝治名誉教授らの国際共同研究グループ(※)は、中性子過剰な銅同位体75Cu(陽子数29、中性子数46)原子核の励起状態の磁気モーメント[1]測定に世界で初めて成功しました。

本研究成果は、エキゾチック核[2]の構造を特徴づける二つの原理、「殻進化[3]」と「変形」の統一的な理解につながり、宇宙における元素合成過程の解明に役立つと期待できます。

銅同位体は、安定な65Cu(中性子数36)から中性子の数を増やしていくと、基底状態の性質が75Cuで突然変化することが知られています。しかし、この変化は、原子核の殻構造[3]が中性子数の増減に伴って変化していく殻進化の効果なのか、原子核全体の形の変形による効果なのか、よく分かっていませんでした。この問題を解く鍵は、75Cuの内部構造を反映する励起状態の磁気モーメントにあります。しかし、75Cuの励起状態の半減期は150ナノ秒(ns、1nsは10億分の1秒)と短いために、これまで測定することは不可能でした。

今回、国際共同研究グループは、高効率で短時間の測定を実現するために、独自に開発した超高速スピン制御技術を利用して、理論極限に近いスピン整列度[4](30%)の75Cuビームを生成し、その磁気モーメントを測定しました。そして、測定データを、スーパーコンピュータ「京」[5]による理論解析と比べたところ、75Cuは変形したコアの周りを陽子が周回している構造であることが分かりました。これにより、中性子過剰なCu同位体に対して、変形していながらも殻進化が起こるという新たな描像を提示しました。

本研究は、国際科学雑誌『Nature Physics』オンライン版(2018年1月21日付)に掲載されました。

*図は添付の関連資料を参照

※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

◆核分光研究室

・専任研究員:市川 雄一(いちかわ ゆういち)

・室長:上野 秀樹(うえの ひでき)

 (開拓研究本部 上野核分光研究室 主任研究員)

・訪問研究員:西畑 洸希(にしばた ひろき)

・研究員:高峰 愛子(たかみね あいこ)

■東京大学

◆大学院理学系研究科

・名誉教授:大塚 孝治(おおつか たかはる)

 (理化学研究所 仁科加速器科学研究センター 核分光研究室 客員主管研究員)

■原子核科学研究センター

・特任研究員:角田 佑介(つのだ ゆうすけ)

■大阪大学

◆大学院理学研究科

・准教授:小田原 厚子(おだはら あつこ)

※研究支援

本研究は、日本学術振興会(JSPS)科学研究費補助金基盤研究C「Cu同位体の励起状態核磁気モーメント測定による中性子過剰核の核構造研究(研究代表者:市川雄一)」およびJSPS-CNRS日仏二国間交流事業による支援を受けて行われました。また、文部科学省ポスト「京」重点課題9「宇宙の基本法則と進化の解明」および計算基礎科学連携拠点(JICFuS)のもとで、理化学研究所のスーパーコンピュータ「京」(課題番号:hp160211,hp170230)を利用して得られた成果です。

*以下は添付リリースを参照

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。

https://release.nikkei.co.jp/attach_file/0501439_01.jpg

添付リリース

https://release.nikkei.co.jp/attach_file/0501439_02.pdf

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