東京工業大学 理学院 物理学系の近藤 洋介 助教と中村 隆司 教授、理化学研究所 仁科加速器科学研究センターの笹野 匡紀 専任研究員、大津 秀暁 チームリーダー、上坂 友洋 部長、九州大学の緒方 一介 教授らの国際共同研究チーム (共同実験に参加した海外機関：【ドイツ】重イオン研究所 (GSI) 、ダルムシュタット工科大学等、【フランス】カン素粒子原子核研究所 (LPC CAEN) 、サクレー原子力庁 (CEASACLAY)) は、二重魔法数核の候補と考えられてきた酸素同位体、酸素 28 の観測に初めて成功した。
原子核を構成する陽子や中性子の個数が魔法数 (2、8、20、28、50、82、126) となっている場合、その原子核はより安定な性質を示す。特に陽子数・中性子数ともに魔法数となっている原子核は二重魔法数核と呼ばれ、安定的な特徴が顕著に現れる。二重魔法数核は原子核構造の理解において重要である一方で非常に稀である。現代の加速器技術で到達できる最後の二重魔法数核候補、酸素 28 (陽子数 8、中性子数 20) は、長年観測することができなかったが、4 個の中性子の同時測定という画期的な技術の進展により、今回ついに観測に至った。実験の結果、酸素 28 では本来現れるべき中性子の魔法数 20 の特徴が消失し、魔法数異常が起こっていることが明らかとなった。
本研究は、中性子数が陽子数よりはるかに多い極限原子核の構造や、未知の中性子間力、さらにそれを記述する原子核理論についての研究進展へ寄与する。こうした研究は、宇宙での元素合成過程や高密度天体「中性子星」の構造の解明にもつながることが期待される。本研究成果は、8 月 31 日付 (現地時間) のイギリスの学術雑誌「Nature」に掲載された (https://doi.org/10.1038/s41586-023-06352-6)。
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