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
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

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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
◆
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
◆
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
◆
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！
◆
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)

◆



GSI/Germany (2A GeV 1pnA)
GANIL/France (100A MeV 200pnA)
(10A MeV RIB)
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Reacceleration Facility
RIA/USA (400A MeV 1pA)
TRIUMF (20A MeV RIB)
Europe



Fragmentation Facility
RIKEN-RIBF (400A MeV 1pA)
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
◆
Nucleon system

Unstable nuclei and low excited states: RIKEN, RCNP


Gamow-Teller and other corrective excitations:RCNP

◆
(K, p), (p, K) and Gamma-ray spectroscopy: KEK

KEK: SKS, Hyperball, JHF
Baryonic system

◆
RCNP: G.RAIDEN, Neutron Det.
Hyper nuclei

◆
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
◆
Photon Scattering

◆
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
◆
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)


◆
KEK/JAERI (Tsukuba/Tokai, Ibaraki)

◆
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