最近の原子核物理学(理研を中心として)
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Transcript 最近の原子核物理学(理研を中心として)
現在の原子核物理学
=理研を中心として=
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陽子と中性子でできた原子核、
ハイパー核、
ハイブリッド核、
核子、
核物質
クォーク・グルーオン、非対称核物質、中性子物質、ガス相・液体相
を材料とした幅広い有限多体系の研究を指す。
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構造・性質を理解する。
有限多体系の普遍的性質を探る。
基本相互作用の理解を進める。
宇宙での天体現象、元素合成を理解すためのデータを与える。
原子核物理は細分化の学問ではなく、組み立ての学問である。
20世紀は細分化の時代、21世紀は組み立ての時代 (T.D. Lee)
核子の構造
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クォークと閉じこめ
核子のスピン構造 (RHIC-spin)
..
陽子と中性子でできた原子核
(理研及び他のRIビーム施設でのメインテーマ)
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原子核の構造
宇宙核物理学
道具はRIビーム!!
安定核から極限不安定核へ
道具
RI Beams
g
大角運動量
非対称核物質
温度・密度
陽子・中性子の分離
RIビームの作り方3種
1
In-flight
RF trapping
ISOL/reacceleration
ビームが良質、低エネルギービーム可能
収集効率大
短寿命核可能
Nuclear Physics
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Probe the limit of nuclear existence and to understand
the basic physics of the nuclear landscape
Exploration of the limit of existence
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Magic numbers far from the stability
Study of unbalanced nuclear matter and the role of isospin
Explore the new forms and dynamics of nuclei
Neutron skins & halos
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Drip-line nuclei
Nuclei outside the drip lines
Superheavy nuclei
Also excitations and correlation
Exotic shapes
Testing of the Standard model and fundamental
symmetries and conservation laws
Time reversal
Beta-delayed proton emission 32Ar
Neutrino recoil in a trap
CKM matrix
Nuclear Astrophysics
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Provide the basic data of nuclear astrophysics
Big bang nucleosynthesis
The CNO cycle to the rp-process
Alpha-rich freezeout
The r-process
Equation-of-state of asymmetric matter and neutron stars
Highly-ionized atoms of unstable nuclei
Remarks
The measurement and the analysis of the nuclei far from stability will provide new test
benches for theoretical nuclear models. This should allow one to reformulate these
models in a more general form. Hence, the predictive power of these models, when
applied to unknown nuclei for nuclear astrophysics applications, will be greatly increased.
Other Opportunities of RNB Research
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To provide new technology for research in other fields
Material Science
Multi-tracer technique
Cancer treatment
Brain science
New types of reactor
これまでの常識は間違っていた!
=RIビームによる研究=
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原子核の大きさ、密度分布の革命
1. 質量 半径3
2. 陽子と中性子は一様に
混合
3. 表面は同じ
1
r R
f (r ) 1 exp
a
R r0 A
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魔法数の変化がおこる
2, 8, 20, 28, 50, 82, 126
-->2, 6, 16, …
1/ 3
n ( r ) p (r )
a s const .
不安定核の半径
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基本則が全部壊れた!
新形態の原子核の出現
Z
スキン発生
A1/3の破れ
中性子ハロー
N
陽子除去反応と陽子分布半径
O. V. Bochakarev, K. Suzuki,
et al. Priv. Comm.
(Kurchatov, RIKEN, GSI
Coll.)
other systematic studies:
B. Blank et al., Z. Phys. A
352 (95) 69,
Z. Phys. A 352 (95) 77.
Also show no significant
change of the cross sections.
Na アイソトープの半径と中性子スキン
原子核の型のタガがはずれた!
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ボロミアンと連続状態でのペアリング
新しいタイプのトンネル効果(中性子ハロー)
Guiding Principle の欠如!!
原子核の密度分布とポテンシャル
2
U Vf ( r ) V ls ( l s ) r0
1 d
r dr
f (r)
1
r R
f ( r ) 1 exp
a
f (r )
f Z (r), f N ( r)
R r0 A 1 / 3
R p,n h( N ,Z )
r0 1 .25 fm
a 0 .65 fm
N Z
V 51 33
MeV
A
Vls 0 .44 V
a g( E b ?)
魔法数は変化する
Need a major modification
in meanfield model
Other evidences in
Gamow-Teller resonance
(s1/2, p1/2) mixing I halo nuclei
Strong contribution of tensor force
…
核物質の研究
非対称(N/Z 1) 物質の状態方程式
K. Oyamatsu et al., NP A 634
(1998) 3.
元素合成へ
元素の存在比
元素合成の道筋
82
遅い高温燃焼過程
Sta b le
(p, g)
O bs e rve d U ns ta bl e
(n, g)
50
高温 燃 焼
126
低温燃焼
超 新星 爆 発 ?
28
82
20
50
8
20
8
28
元素合成が進むときには
RIが反応する!
ビ ッ グバン
これらの反応の研究は
RIビームで初めて可能
(p, a)
…
世界に広がるRIビーム科学
主要な施設
現在
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Asia
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RIKEN/Japan
(135AMeV 200pnA)
MSU/USA (140A MeV 50 pnA)
ORNL/USA (5A MeV RIB)
TRIUMF/Canada (2A MeV RIB)
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GSI/Germany (2A GeV 1pnA)
GANIL/France (100A MeV 200pnA)
(10A MeV RIB)
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Reacceleration Facility
RIA/USA (400A MeV 1pA)
TRIUMF (20A MeV RIB)
Europe
Fragmentation Facility
RIKEN-RIBF (400A MeV 1pA)
Lanzho/China (400A MeV strage
ring)
America
Europe
Asia
America
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将来
GSI (1A GeV 10pnA)
Munich/Germany (reactor)
CERN (5A MeV RIB)
Major Institutes
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Tohoku University (Sendai, Miyagi)
KEK/JAERI (Tsukuba/Tokai, Ibaraki)
RIKEN/CNS(former INS) (Wako, Saitama)
RCNP (Suita, Osaka)
Tohoku University (LNS)
http://www.lns.tohoku.ac.jp
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300 MeV electron LINAC
300 MeV stretcher
1.2 GeV booster
1.2 GeV Photon station
KEK/JAERI
www.kek.jp
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Proton synchrotron
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SKS: Super-conducting spectrometer
Hyperball
K2K
JHF
RHIC and AGS collaborations
RIKEN/CNS
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RARF
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RIPS: RI beams
SMART: high-resolution spectrometer, 270 MeV polarized d.
CRIB: Low energy RI Beam
RIBF
BNL with RHIC spin
RAL
JINR, GSI, TRIUMF
Osaka Univ. (RCNP)
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Ring Cyclotron
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Grand RAIDEN: high-resolution spectrometer
LAS: Large angle spectrometer
Ohto Cosmo Observatory
use of SPring-8
3 GeV photon
10 MeV photon
www.rcnp.osaka-u.ac.jp
Nuclear Structure and Nuclear Matter
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Nucleon system
Unstable nuclei and low excited states: RIKEN, RCNP
Gamow-Teller and other corrective excitations:RCNP
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(K, p), (p, K) and Gamma-ray spectroscopy: KEK
KEK: SKS, Hyperball, JHF
Baryonic system
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RCNP: G.RAIDEN, Neutron Det.
Hyper nuclei
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RIKEN:RIPS,RIBF, RCNP:LAS, G.RAIDEN
Baryon in nuclei: LNS, KEK, RCNP/SPring-8,
Quark-gluon matter
RHIC, SPS…
*Only facilities are in the list, experimental groups distribute widely though out Japan.
Nucleon Structure
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Photon Scattering
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Electron Scattering
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RCNP/SPring-8: 3 GeV Compton scattered photon.
RIBF: MUSES
Polarized N-N scattering
RHIC
Nuclear Astrophysics and Fundamental Physics
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Nuclear Astrophysics
Nucleosynthesis
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CNS/RIKEN: CRIB -> low energy beam
TRIUMF
RIKEN: RIBF
Fundamental Physics
Neutrino
KEK: K2K It is considered to be high energy physics, though.
KEK/JAERI: JHF
Weak Interactions
RCNP: Ohto observatory
RIKEN: RIBF Beta decay
Major Institutes Future
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Tohoku University (Sendai, Miyagi)
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KEK/JAERI (Tsukuba/Tokai, Ibaraki)
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JHF has started it’s construction.
RIKEN/CNS (Wako, Saitama)
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1.2 GeV Stretcher completed.
No major plan at this moment.
CRIB completed.
RIBF under construction.
RCNP (Suita, Osaka)
3 GeV photon line completed.
Possible future projects are under discussion.
Nuclear Physics in Japan (perspective)
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Nuclear Structure and Nuclear Matter
◆
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Nucleon Structure
Photon scattering -> SPring-8
Electron scattering -> RIBF/MUSES
Polarized p-p scattering -> International collaboration
Nuclear Astrophysics
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Nucleon system -> RIBF
Hypernuclei -> JHF
Baryonic system
Quark-Gluon Plasma -> International collaboration
Nucleosynthesis
->RIBF
Fundamental Physics
Neutrino
Weak interactions
-> JHF
-> RIBF