Y.F. with "Georg Berg" Santa Claus
Y.F. with "Georg Berg" Santa Claus
アイソスピン原子核物理学の世界へようこそ！
各層の物理系の中で唯一原子核において、自然界の４つの基本的な相互作用 のうち、３つの力が活躍しています。それらは、強い相互作用、電磁相互作用、 弱い相互作用です。(重力の作用は、核内遷移を起こすには小さすぎます！) ですから原子核は、多面的な面白さを持ち、"量子小数多体系"であり、それ 自身がミクロな量子実験室でもあるのです。 強い相互作用が原子核の反応での主役です。一方、電磁相互作用はガンマー 崩壊を引き起こし、弱い相互作用はベーター崩壊を起こします。今まで、 これら原子核の反応、崩壊により引起こされる核内遷移は、個別に研究がなさ れてきました。 核力の荷電対称性を仮定すると、アイソスピンは、良い量子数であり、同じ 質量数の"同重核"に、アイソスピン対称性がみられることになります。そして、 荷電類似(アイソバリックアナログ)状態が同重核に存在しえます。面白いのは アナログ状態どうしは、中性子と陽子の入れ替わり以外、構造が(つまり、波動 関数が)同じだということです。この為、いろいろな組合せのアナログ状態間の 遷移も、類似(アナログ)であると言うことです。 ある種の遷移は、ガンマー崩壊やベーター崩壊で、またある種の遷移は、原 子核の反応でのみ観測可能です。もしそこで働く作用子(オペレータ)の型が同 じか類似であれば、遷移マトリックスの二乗に比例する"換算遷移確率"は等し くなります。つまり遷移が、強、電磁、弱 のどの相互作用で引き起こされたも のであっても、アナログ遷移の強度を比較できると言うことです。 研究はスピン、アイソスピン型(＜στ＞型)作用子に集中しています。この 作用子は、ベーター崩壊ではガモフテラー遷移を起こし、ガンマー崩壊では M１遷移を引き起こすなど、非常に一般性を持ちます。また中間エネルギー(核 子当たり 100-500 MeV) の入射粒子を使い、０度で行った陽子非弾性散乱 (p,p') や 荷電交換反応、例えば (p,n), (3He,t)、(d,2He)、(t,3He) におい て主な作用子となります。 これらの反応における最大の問題点は、良い分解能をいかにして達成するか にありました。磁気分析器と入射ビームの整合をよくし、世界一の高分解能を 得ることに成功しています。今や原子核反応測定も、崩壊測定と比較しうる程 の精密測定が可能となったのです。
Welcome to the World of ISOSPIN Sub-Atomic Physics !
Among physics systems, nuclei are the only quantum-system where three out of four fundamental forces are active. They are "strong interaction", "electro-magnetic (EM) interaction" and "weak interaction". Nuclei, therefore, are interesting and can be studied in various ways. They are the "quantum limited-number many-body sytem", and they themselves are quantum micro laboratory. The strong interaction is the main player in reactions, while EM and weak interactions cause gamma-decay and beta-decay, respectively. In the past transitions caused by reactions and decays were studied rather independently. If charge symmetry of the nuclear interaction is assumed, ISOSPIN is a good quantum number. Then isospin symmetry structure is expected among the nuclei with the same mass number A (isomers), and isobaric analogous states can exist in isomers. It should be noted that nuclear structures, i.e., wave functions are very similar among analogous states except the replacement of proton by neutron, and vice versa. It should also be noted that various transitions between different combinations of analogous states are also analogous. Some of the analogous transitions are studied either by beta-decay or gamma-decay, while others are exclusively investigated by using reactions. If the type of operator causing the analogous transitions are the same (or similar), then the squared-transition matrix elements (the so-called "reduced transitions strengths") of analogous transitions are the same. In terms of reduced trnasition strength, therefore, all the analogous transitions can be compared no matter whether they are caused by strong, EM or week interactions. In our study, we concentrate to the spin-isospin type (<στ>- type) operator. The operator is commonly active in beta-decay (causing Gamow-Teller transitions), gamma-decay (M1) and also (p,p'): proton inelastic scattering, and charge-exchange reactions: like (p,n), (3He,t) or (d,2He) or (t,3He) reactions, performed at intermediate incident energies and at 0-degrees. One of the main difficulties of these reactions was how to get a good resolution. We investigated beam-spectrometer matching techniques and established the way of achieving world-record high resolutions in these reactions. We now attained the resolution with which the experimental results can be compared directly with decay results.
アイソスピン関連実験予定、及び実験を完了した研究施設
(2003 年 6 月現在)
大阪大学 RCNP : (3He,t) high-resolution experiments (experiment: in progress)
インディアナ大学IUCF : (p,p') high-resolution experiments (data in analysis)
ミシガン州立大学NSCL : (t,3He) good-resolution experiments (data in analysis)
グローニンゲン大学KVI : (d,2He) experiments (data in analysis)
ドイツGSI研究所 : β-decay experiments (proposal: accepted)
スイスCERN研究所 : β-decay experiments (experiment: in progress)
ダルムシュタット工科大学 : (e,e') experiments (in plan)
Energy spectra of charge-exchange reactions "Now and Then".
The abscissa shows the nuclear excitation energy in units of
MeV (=1 million eV).
One order higher resolution will open a "New World" in the research field
of sub-atomic nuclear physics.
What we din't know, We can see NOW !