中性子過剰核のE1応答と新γ線検出器CATANA

B02班東京工業大学栂野 泰宏

12017.02.16~18

新学術領域「中性子星核物質」第5回ウィンタースクール

核物質の状態方程式 (EOS)

2

(未知の)原子核のバルクな性質, 中性子星, 超新星爆発⇢0 = 0.16 fm�3

symmetricN=Z

neutron matter

EsymのJやLを制限ρ ≦ ρ0の領域の性質から

密度依存性を制限できないか?

中性子スキンとシンメトリーエネルギー

Large L → Small Esym in low-ρ

→ Thick n-skin

208Pb

Roca-Maza et al., PRL 106, 252501

Proton

Neutron

Neutron skin

symmetric

neutron matter

σab

s

中性子過剰核のE1応答PDR

GDR

Core

4

光(γ)

核

Ex: ~10 MeV~5% of TRK sum

Ex: ~80A-1/3 MeV~100% of TRK sum

• ピグミー双極子共鳴(PDR): 中性子過剰核(208Pb, 132Sn, 68Ni等)

• 中性子スキンの振動？1粒子的な励起？

• 巨大双極子共鳴(GDR): all (stable) nuclei 相関中性子スキン厚

シンメトリーエネルギー

J. Piekarewicz, EPJA 50, 25 (2014).

MF calculations

例: 208PbのE1応答

5

A. Tamii et al., PRL 107, 062502

A. Tamii et al., EPJA 50, 28 (2014)

GDRPDR

208Pb

↵D = 20.1± 0.6 fm3

Esym(⇢) = J + Lx+ ...

カルシウム同位体のPDR

6

T. Inakura et al., PRC84, 021302 (2011)

T. Inakura et al., PRC88, 051305 (2013)

PDR

stre

ngth

[e2 f

m2 ]

PDRの進化 EOSへの制限

48,50,52Caのクーロン励起 @ RIKEND01班との共同研究

実験手法

Eγ

β~0.6 virtual photon absorption

n

51Ca

52Ca52Ca

Eγ2

Pb

Eγ1

52Ca

51Ca+n

Erel

Eγ1Eγ2

Sn

52Ca52Ca

Pb

52Ca

52Ca

Eγ

~2% γ branch

複数のγ線

高エネルギーγ線 (~10 MeV)

SAMURAI@RIBF

240 AMeV 52Ca

Pb target

n

Neutron detectors

8

Charged particle detector

CATANA

SAMURAI magnet

2.7 T

51Ca

2017年4月に実験

MWDC

IC

Plastic

MWDC

plastic, IC,

2xMWDC

LaBr3NeuLAND

NEBULA

複数のγ線高エネルギーγ線

CATANA• CAesium iodide array for γ-ray Transitions in Atomic

Nuclei at high isospin Asymmetry• 結晶: CsI(Na), 1リングあたり結晶20個

• 全体で結晶200個(現在は100個)

• 高検出効率: ~60% for 1 MeV γ-ray

• 高エネルギーγ線の測定(~15 MeV)

Beam

CATANAの構造• ドップラーシフト&Lorentzブースト

• 　• Forward focus

40 cm

20 cm

角度分解能: ~9 deg

15 cm t

9 cm t

θ

CATANAの構造• ドップラーシフト&Lorentzブースト

• 　• Forward focus

40 cm

20 cm

角度分解能: ~9 deg

15 cm t

9 cm t

θ

100 crystals

検出効率: 24% for 1 MeV γ-ray

CsI(Na)検出器CsI(Na) CsI(Tl) NaI(Tl)

Density [g/cm3] 4.51 3.67

Effective Z 54 50

Radiation length [cm] 1.86 2.6

Wavelength max [nm] 420 560 410

Decay time [ns] 630 1000 230

Relative light output [%] 85 45 100

CsI(Na)Good高密度, 良い光出力

時間応答, PMTの光特性

Bad潮解性→ 0.5mm厚Alハウジング

CATANA架台1

Beam

5901495

2300

designed by N. Chiga @RIKEN

1880

CATANA @ RIBF

14

CATANA @ RIBF

15

CsI(Na)シンチレータ100個

Beam

Detector ID

Ener

gy [k

eV]

88Y

SAMURAI

F1F2 F3

F5F7

F11

plastic plasticplastic

IC

TOF

BρF0

ΔE F13

16

31Ne ~245 AMeV

Be

48Ca (345 AMeV, Max 800 pnA)

SAMURAI27 experiment

CATANA for SAMURAI27 experiment

17

31Ne Beam

Drift chamber

CATANA

Magneticshield

Nov. & Dec. 2016

SAMURAImagnet

C target

まとめと展望• 中性子過剰核のE1応答測定 → 状態方程式の制限

• 実験提案: D01班と共同研究 → 2017年4月に実験

• 新γ線検出器CATANAの建設 → 2016年10月完成

• SAMURAI36実験で使用

• 31Neの核構造 → 複数の既知(&未知)のγ線が測定

• 2017年秋以降も複数の実験でγ線測定のためCATANAを使用

• 将来: proton calorimeter

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