Transcript N - 大阪大学 核物理研究センター

RCNP 研究会 「核子と中間子の多体問題の統一的描像にむけて」
中性子過剰核での
N = 8 魔法数の破れと一粒子描像
金子 剛樹，梅谷篤史A，武藤一雄
東京工業大学
A大阪電気通信大学
大阪大学 核物理研究センター
2007年12月14日
Motivation
• 中性子過剰核での N = 8 魔法数の破れ
11Be (parity inversion)
12Be (低い第一2+状態)
11Li (halo 構造)
• N = 20 の破れ
Mg や Na isotope での
大きな変形や遷移確率
「“island of inversion” (N = 20 の破れ)
の領域はどこまでか？」
については多くの研究がなされている
D. Kameda et al., Phys. Lett. B 647, 93 (2007).
Y. Utsuno et al., Phys. Rev. C 70, 044307 (2004).
「どの原子核で魔法数 N = 8 が破れるか？」
E. K. Warburton et al., Phys. Rev. C 41, 1147 (1990).
N = 8 魔法数
N = 8 魔法数
中性子の一粒子 0p1/2 と 1s1/2 軌道の間の大きなエネルギーギャップとして理解
魔法数の消失は N = 7 の原子核でもっとも clear に見える
- ６個の中性子で軌道は満たされており、最後の１個で状態が決まる
と考えられる
N=7
sd shell
「1s1/2 と 0p1/2 の間のエネルギー差」
に着目して魔法数の破れを見る
p shell
Neutron
s shell
Set up
• Calculation method
- Shell model with spherical harmonic oscillator basis
• Set up
p-shell 領域の中性子過剰核の
magnetic moment や β decay の強度を再現するように
つくられたもの
- Effective interaction: SFO
T. Suzuki, R. Fujimoto, T. Otsuka, Phys. Rev. C 67, 044302 (2003)
- Model space: p and sd shell with the inert 4He core
allowing up to 3-nucleon excitations from p shell to sd shell
The energy difference between 1s1/2 and 0p1/2 for N = 7 nuclei (1)
Even-Z nuclei
Ex.
最も simple な配位のみを仮定
4He
(Cal)
4He
I. Talmi and I. Unna, Phys. Rev. Lett. 4, 469 (1960)
The energy difference between 1s1/2 and 0p1/2 for N = 7 nuclei (2)
Odd-Z nuclei
1 - , 2-
Ex.
×
4He
×
(Cal)
4He
Single-particle energy
一粒子エネルギー
monopole interaction:
A. Umeya and K. Muto, Phys. Rev. C 74, 034330 (2006)
Energy difference between the 1s1/2 and the 0p1/2 orbits
for even-Z
for odd-Z
for even-Z
原子核の energy spectrum から
単一の配位を仮定して引き出されるエネルギー差
for odd-Z
valence 核子間の二体力と配位混合を考慮して計算される
一粒子エネルギーの差
1s1/2
0p1/2
0p3/2
0s1/2
11Be
では
のひらきがあるにも関らず、
基底状態は Jπ = 1/2+ (明らかな魔法数の破れ)
Occupation numbers in the 0p1/2 and the 1s1/2 neutron orbits
lowest 1/2- state
での 中性子 0p1/2 軌道の占有数 (even-Z )
p:
lowest-lying positive parity doublet における 中性子 0p1/2 軌道の占有数の平均 (odd-Z )
+
s : lowest 1/2 state
での 中性子 1s1/2 軌道の占有数 (even-Z )
lowest-lying negative parity doublet における 中性子 1s1/2 軌道の占有数の平均 (odd-Z )
0p1/2 の占有数はほぼ１
N = 7 isotones
よい一粒子状態
（状態を
という配位で十分記述できる）
1s1/2
0p1/2
0p3/2
0s1/2
1s1/2 の占有数は１より小さい
よい一粒子状態ではない
（1s1/2 の一粒子強度が分散している）
Configuration mixing between 1s1/2 and 0d5/2
0d5/2 と 1s1/2 が近接
これらの軌道間の配位混合によって
lowest 1/2+ state 及び lowest negative parity doublet の
エネルギーが下がる
結果的に、
一粒子エネルギー的に数MeV のひらきがあっても
魔法数の破れを示す現象
（11Be での parity inversion など）
が現れる
Mixing of sd-shell configurations in N = 8 nuclei
波動関数の中身（成分）を調べることで、魔法数の破れを見る
基底状態の波動関数に、
中性子が sd-shell に存在するような配位がどれだけ混ざっているか？
Z = 2,3,4 での魔法数の破れ
N = 8 の核における、基底状態の配位混合の割合 （%）
Z = 3,4 では40%近く、
Z = 2 では80%以上含まれる
Z = 2,3,4 と Z=5 以上で著しい違い
Single-particle energy for the isotones and the isotopes
N = 7 isotones (fixed-N )
Be isotopes (fixed-Z )
陽子数が一定なら、
中性子数の増加では中性子の一粒子構造はほとんど変わらない
He, Li, Be では中性子数によらず魔法数は破れている
（N が小さい核では、関与する軌道に中性子が入っていないので、
実験で見るのは困難？）
Summary
• 中性子の 0p1/2 と 1s1/2 軌道の間のエネルギー差を計算することで N =
8 魔法数が破れている核を調べた。
- Z≦4 の原子核で魔法数は破れている
- ただし、魔法数が破れているとはいえ、中性子の一粒子軌道が
逆転しているわけではない。（数MeVのギャップがある）
- 0p1/2 と 1s1/2 の occupation number の違い
- 1s1/2 と 0d5/2 が近接していることによる配位混合の影響で
エネルギー準位が下がる
中性子数の増加のみでは一粒子エネルギーはほとんど変化しない
- n -n 間モノポール相互作用の弱さ
14N
と 15O で occupation number が小さい理由
Ex. 14N lowest 0- , 1- 状態
4He
proton
neutron
1s1/2
1s1/2
0p1/2
0p3/2
0p1/2
0p3/2
4He
proton
neutron
この2種類の配位がまったく同じ割合で波動関数に混ざる
（アイソスピン対称性のため）
Z が７を越えると、陽子が excite した configuration も効いてくる
この状態における中性子の軌道の occupation number を見ると
かなり小さくなる