[理研] 超重水素原子核 ⁵H の存在を確認

理化学研究所はこのほど、陽子１個と中性子４個で構成された超重水素原子核 ⁵H が存在することを世界で初めて明らかにした。同研究所 RI ビーム科学研究室のＡ．コルシェニコフ研究員、谷畑勇夫主任研究員らが中心となり、ロシア、フランスの研究チームと協力して成果を得た。

研究グループでは、不安定な原子核である ⁶He (陽子２個、中性子４個) を高速で水素 (陽子１個) 標的に照射。その際、放出される陽子２個の放出エネルギーと放出角度を同時に検出し、残りの原子核 (陽子１個、中性子４個) の状態を解析した結果、⁵H の存在を示す「ピーク」を発見した。また、観測されたピーク幅から、超重水素原子核が１０のマイナス２１乗秒ほど存在していたという確証が得られた。⁵H は、原子核名「クイントン (quinton)」、原子名「クインチュウム (quintium)」となるとの見通しだ。

同研究グループによる発見には、⁵H を高エネルギーで、かつ単純な反応過程を通して生成することができる RI ビーム法が用いられた。具体的には、ロシアのドブナ原子核研究所の加速器 (サイクロトロン) を用い、RI ビームである ⁶He 原子核 (陽子２個、中性子４個) を発生させ、フランスのガニール研究所が設置した水素標的 (陽子１個) に高速で衝突させた。その結果生じた^{2He (陽子２個) という共鳴状態を、理研が開発した陽子テレスコープで検出した。}

今回、⁵H の発見によって、まず水素の同位体元素の束縛状態は、³H までであることを確認した。さらに ³H より中性子が多い同位体元素が「共鳴状態」として存在する重要な点を確かめた。束縛状態よりも外にある中性子過剰原子核の発見は、¹⁰Heに続いて２例目のこと。

理研の RI ビーム科学研究室では現在、建設中の「RI ビームファクトリー」によって、より重い元素による中性子の存在限界を解明することを計画中だ。

今回の研究成果は、中性子過剰核の存在限界に関する重要なデータを提供することとなり、原子核の性質を理解するうえで大きな一歩となる。