理化学研究所(理研)、東京大学、フランス新エネルギー庁(CEA)などからなる国際共同研究グループは、長年未解決であったニッケル同位体78Ni原子核の二重魔法性の有無を示す直接的証拠の発見を成し遂げた。

 原子核が比較的安定になる陽子や中性子の数のことを魔法数と呼ぶ。魔法数は2、8、20、28、50、82、126が知られ、陽子や中性子が入る「殻」間のエネルギーが大きなところに現れることが、原子核の「殻構造モデル」で説明可能だ。

 ところが近年、同じ陽子数でも中性子数が過剰な同位体の原子核は不安定で、魔法数が消失したり出現したりすることが明らかとなり、こうした不安定原子核の魔法数研究が盛んに行われている。とりわけ陽子数28、中性子数50の二重魔法数を持つ78Niは、二重魔法数原子核の中で最も原子核の存在限界(中性子ドリップライン)に近い、極めて中性子過剰な不安定原子核で、その魔法性が保持されているか否かを確認するために数多くの研究が行われてきたが、直接的な証拠は得られていなかった。

 本研究では、世界最高性能で不安定原子核ビームを生成できるRIビームファクトリーにおいて、CEAサクレー研究所が開発を主導した高機能液体水素標的装置MINOSと、理研が保有する高効率ガンマ線検出装置DALI2を組み合わせた実験で、78Ni原子核のガンマ線分光に世界で初めて成功した。これにより、魔法性を示す直接的証拠として知られる、第一励起準位から発せられる高いエネルギーの脱励起ガンマ線を測定することに成功し、78Niにおいても二重魔法性が保持されていることを結論づけることができた。

 78Niは宇宙における重元素合成反応の起点の一つとも考えられている。本成果は、魔法数研究上の金字塔となるだけでなく、重元素合成の謎を解くための鍵となることが期待されている。

論文情報:【Nature】78Ni revealed as a doubly magic stronghold against nuclear deformation

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