中性子過剰 Na 同位体の構造と殻進化

1. 中性子過剰Na同位体の構造と殻進化 原研　　宇都野穣 ——共同研究者—— 東大理・CNS/理研　　大塚孝治 NSCL, MSU T. Glasmacher 専修大自然　 　水崎高浩 会津大数理セ　 　　本間道雄

2. 講演の概要 • 不安定核における魔法数（閉殻構造）の消滅 • 核子間相互作用による “shell evolution” • Na同位体の構造——normalからintruderへ • shell evolution と核構造 • まとめ

3. 1. 不安定核における魔法数（閉殻構造）の消滅 魔法数の消滅とは？ ＝ 魔法数近傍核の基底状態が “normal”配位に支配された球形 でなく、“intruder”配位に支配され 変形していること • 実験的証拠 • 質量の系統性からの大きなずれ(31,32Na) • 奇核における基底状態スピン(31Na) • 偶偶核での大きなB(E2) (32Mg) • …… 優位点 一粒子エネルギー 相関（変形を含む） エネルギー • 不安定核特有の現象 • N=20(N=8)領域で盛んな研究

4. 1. 不安定核における魔法数（閉殻構造）の消滅 不安定核のみ魔法数消滅が起こる原因 • 特定の陽子数で変形エネルギーが特に大きくなる（大きなprolate 変形： Ne, Na, Mg (Z=10-12) ） “island of inversion” は基本的にはこのメカニズムによる • 球形shell gap 自体が陽子数に大きく依存する起源 : 核子間（有効）相互作用 or 小さな束縛エネルギー新たな魔法数が生じる可能性　 • は現実的なQ·Qを持つ相互作用ではworkする • が必要かどうか？

5. 2. 核子間相互作用による “shell evolution” 有効相互作用とeffective s.p.e. (EPSE) • 核子間の相互作用の強さは軌道に　依存する　　　殻構造の核子数依存性 • 簡単化のため、coupling の角運動量　を平均化した相互作用(monopole int.)　を考える • 核子数に依存した一粒子エネルギー　は monopole int. と核子数だけで簡単　に表される　＝　effective s.p.e. (ESPE)

6. 2. 核子間相互作用による “shell evolution” sd 殻領域のESPEMonte Carlo Shell Model (MCSM) 計算に基づくempiricalなもの d3/2の陽子数 依存性大 O 近傍では N=16 magic Ca (Z=20)では shell gap ~ 6 MeV

7. 2. 核子間相互作用による “shell evolution” “shell evolution” （殻進化）と相互作用

8. 2. 核子間相互作用による “shell evolution” 狭まるshell gap の影響を見るには？ • F (Z=9) で最もgap が狭まるしかし、同位体の存在以外の実験値が少ない • Na (Z=11)依然、shell evolution の影響が大きいodd-Z のため、モーメントにより基底状態の性質が直接わかる以前からISOL による基底状態に関する実験データが多い近年、Coulex により、励起状態の性質も測定されつつある 同位体の系統的計算（MCSMによる殻模型計算）が有用 shell gap のN 依存性は小さい

9. 3. Na同位体の構造——normalからintruderへ sd殻模型(USD)によるS2nと閉殻構造の有無 (1988) • USD相互作用による殻模型　＝系統的にS2nを再現する　（相互作用の信頼性） • 閉殻構造消滅核＝sd殻模型　ではunderbinding であるべき • Na同位体ではちょうどN=20で　閉殻構造が消滅すると推測　（island of inversionも同じ結果） Na

10. 3. Na同位体の構造——normalからintruderへ Na同位体のモーメント • N=16,17 はsd で良い • N=18 のQ はintruder とのmixing を　示唆 • N=19,20 はsd では再現不可能MCSM ではintruder が主になり、　実験値をよく再現する

11. 3. Na同位体の構造——normalからintruderへ Na同位体におけるS2n の比較 • MCSM と実験値の良い一致 • 31Na (N=20) におけるsd でのunderbinding はMCSM では　見られない。intruder dominant g.s. • 30Na (N=19) はsd とMCSM　とで全く異なる基底状態にも　かかわらず、ほぼ同じS2nWhy?

12. 3. Na同位体の構造——normalからintruderへ 30Na のS2n とESPE • present int. を用いsd shell 内で　計算すると、USD よりずっと　小さなS2nd3/2がUSD よりも高い　　＝N=16 magic の名残 • full calc. ではintruder が基底　状態になるため、余分にエネ　ルギーを稼ぎ、実験のS2nへ

13. 3. Na同位体の構造——normalからintruderへ エネルギー準位と基底状態からのE2遷移

14. 3. Na同位体の構造——normalからintruderへ

15. 3. Na同位体の構造——normalからintruderへ Collective property of 30Na • 基底状態 band : rotor with K=2Q0~ 60 efm2 • Nilsson model からの理解p[211]3/2+n[200]1/2 on a deformed core • K=2 と K=1 の競合 : K=2 が優位　　Gallagher-Moszkowski rule とconsistent [200]1/2 [211]3/2

16. 4. shell evolution と核構造 N≠20核で魔法数が消滅する重要性 • normal と intruder state の　相関（変形）エネルギー差semi-magic 核で最大になる N ≠20核で魔法数が消滅する にはshell gap が十分狭くなって いることが必要

17. 4. shell evolution と核構造 定量的議論 • shell gap を広げたHamiltonian ではどうなるか？ • monopole interaction の変更 MeV for T=0 MeV for T=1 xを変化させ、核構造への影響を調べる 正の値のx は、“shell evolution” を弱めることに対応する。

18. 4. shell evolution と核構造 30Na のshell gap 依存性 • shell gap ~ 4 MeV で normal とintruder が入れ替わる • 31Na はより広いgap でも可 • 30Na では 2p2h prob. がgap に　対して急激に変化 • 1p1h との競合からはさらに狭いgap を要する

19. まとめ • 核子間相互作用のスピン・アイソスピン依存性によってもたらされる shell evolutionN=20(8)の（球形）shell gap が中性子過剰核で狭まる • Na同位体の系統性から議論 • 従来の見方に反し、N=19で既に魔法数消滅が見られる • これは shell gap ~ 3.5 MeV程度の十分狭いgap でないと実現されないN=20 核の魔法数消滅はshell gap に対し、このような強い制約を与えない