Unified description for cluster-hsell structures and contribution to nucleosynthesis

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原子核が複数の部分系から構成される構造をクラスター構造と呼ぶ。特にα粒子(4He原子核)は結合が強く、原子核中で良い部分系たり得ることが知られている。このαクラスター構造が主に軽い原子核の励起状態に現れることが、これまで幅広く研究されてきた。しかし、原子核の基底状態はより一体にまとまっており、それぞれの核子が独立に運動する「シェル模型」の描像が支配的である。星の中における元素合成は、小さな原子核の合成によって行われる。すなわち、小さな原子核が集まってまず励起状態にクラスター的な構造を形成し、そこから電磁遷移によってシェル模型的な基底状態へと移行する。これを理論で扱う際には、クラスター構造とシェル構造のコンシステントな記述が決定的に重要である。代表者板垣が提案し、発展させてきたAntisymmetrized quasi cluster model (AQCM)は、αクラスター模型の波動関数をシェル模型へと変換するものであり、両者を同じ枠組みで統一的に記述する。今回の計画では、これをさらに発展させ、クラスター構造が、一部の軽い原子核のみならず、より一般的に重要である可能性を示す。本年度は、主に、炭素や酸素、あるいはチタンという我々の身の回りに存在する原子核が、果たしてクラスター構造を持つのか、それともシェル構造を持つのかの比較検討を行った。その際、AQCMで作られた原子核密度を、原子核反応理論へと適用し、既に存在する実験結果と比較することにより、実際の原子核が、クラスター・シェルのどちらの描像に近いのかを、可視化可能とした。その結果、炭素や酸素原子核はクラスター構造の成分が強く、これがこれらの元素の合成に大きな影響を与えていることが示された。この研究成果に関しては、複数の論文で発表するとともに、プレスリリースを行うことで、広く一般社会に対しても成果を公表した。