原子核の多くは「アーモンド型」だった。理研らが70年の定説覆す大発見

これまで約70年間、多くの原子核の形状は、ラグビーボールのような「軸対称変形」の楕円体(3つの断面のひとつは円形)をしていると考えられてきた。理化学研究所(理研)、東京大学、筑波大学の3者はこの定説を覆し、多くの原子核では3つの主軸長がすべて異なるアーモンド型の「3軸非対称変形」が起きていることを理論的に解明したと、6月2日に共同発表した。

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  従来のラグビーボール型原子核(b)と、今回の研究で示されたアーモンド型原子核(c)
  (出所:筑波大ニュースリリースPDF)

同成果は、理研 仁科加速器科学研究センター 核構造研究部の大塚孝治客員主管研究員(東大名誉教授兼任)、東大大学院 理学系研究科 附属原子核科学研究センターの角田佑介特任研究員、筑波大 計算科学研究センターの清水則孝准教授らの研究チームによるもの。詳細は、原子核およびハドロン物理学を扱う学術誌「The European Physical Journal A」に掲載された。

原子核の形状は、それを構成する陽子と中性子の数によって変化する。1950年代、レインウォーター、ボーア、モッテルソンは質量数140以上の重い原子核の形状が楕円体であることを発見し、その功績は1975年のノーベル物理学賞につながった。その後、ボーアは楕円体がラグビーボール型の軸対称変形であると提唱。以来約70年間、軸対称変形はほとんどすべての重い変形原子核の正しい形状であるとして、教科書にも記載されてきた。

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  原子核の形状、振動、回転の伝統的な描像。(a)球形原子核。(b)ボーアが提唱した軸対称変形。楕円体の最長の主軸に垂直な断面は円形。短軸を軸に回転し、円形の断面が波打って振動する
  (出所:筑波大ニュースリリースPDF)

研究チームは今回、原子核の楕円体への変形と、その量子論的な回転の基本理論を探求。さらに、スーパーコンピュータ「富岳」を用いた原子核構造の詳細なシミュレーションにより、原子核のさまざまな状態のエネルギー準位や四重極モーメント、そしてそれらの状態間で起こる電磁励起の強度といった既存の実験データとの比較を進め、原子核の形状における変形の謎に迫ることにした。