2013年11月20日
独立行政法人理化学研究所
消える「魔法数」28
－重いマグネシウム同位体の原子核は全て大きく変形－

原子の中心には核子（陽子と中性子）で構成される原子核があります。
この核子の数によって原子核の性質が変化し、さまざまな特徴を示します。
原子核が比較的安定になる核子の数のことを「魔法数」と呼びます。
魔法数のときに原子核は球形になり、硬くなることが知られています。
自然界に存在する原子核では、2・8・20・28・50・82・126が魔法数で、物理学上の基本的な法則として、約半世紀にわたって普遍的な定数と考えられてきました。
しかし、近年、理研をはじめとする放射性同位元素（RI）ビームを用いた研究によって「魔法数は不変」という定説を覆すデータが次々と得られています。
例えば、シリコン（Si：陽子数14）の場合、中性子数20は魔法数ですが、シリコンより陽子が２つ少ないマグネシウム（Mg）の場合、この魔法数は消滅します。
さらに、重いSi同位体では魔法数の28が消滅することが分かっているため、Mgでも消滅すると予測されていました。

理研の研究者を中心とした国際共同研究グループは、陽子に比べて中性子が非常に多いMg同位体で魔法数28が存在しているかどうかを調べるため、「集団性」という性質に注目しました。
集団性とは、多数の核子が集まったときに、核子の間に働く力を単純に足し合わせただけでは起こらなかった回転運動や振動が生じる、原子核が持つ特有の性質です。
魔法数を持つ原子核は球形をしていますが、魔法数を持たない場合は原子核全体（集団）が葉巻やみかんのように回転楕円体に変形します。
魔法数を持っているかどうかは、原子核の2つの励起準位のエネルギーの比を求めることで判断できます。
過去の研究から「2」よりも小さい原子核の場合は魔法数を持ち球形になり、「3」程度では魔法数を持たず原子核が変形することが分かっています。

そこで国際共同研究グループは、理研の重イオン加速器施設「RIBF」を使い、マグネシウム-38（38Mg：陽子数12、中性子数26）の励起状態を生成、2つの励起準位を観測しました。
その結果、エネルギー値の比は3.07でした。
これは、38Mgの原子核が球形ではなく大きな回転楕円体に変形していることを示しています。
同時に行った測定で、中性子数22、24のときも、ほぼ同じ大きさで原子核が変形していることが分りました。
もし、中性子数28が魔法数の場合は、エネルギー比が2程度になるはずで、38Mgと中性子数が近い中性子数28の40Mgも魔法数を持たない原子核であることが判明しました。
つまり、魔法数28が消滅していることになります。

独立行政法人理化学研究所
仁科加速器研究センター 櫻井ＲＩ物理研究室
研究員 ピーター ドーネンバル
主任研究員 櫻井 博儀 （さくらい ひろよし）


▽記事引用元　理化学研究所　60秒でわかるプレスリリース
http://www.riken.jp/pr/press/2013/20131120_1/digest/

報道発表資料
http://www.riken.jp/pr/press/2013/20131120_1/

物質を構成する原子に含まれる「原子核」は、中性子や陽子が特定の数の場合に安定するため、その数は物理学の世界で「魔法数」と呼ばれています。
この「魔法数」はこれまで、２や８など１０種類だけが知られていましたが、理化学研究所などの研究グループが１１番目の「魔法数」を見つけ、イギリスの科学誌「ネイチャー」で発表しました。

物質を構成する原子の中心には「原子核」があります。
その「原子核」が安定するのは、中の陽子と中性子が特定の数の場合で、その数は物理学の世界で「魔法数」と呼ばれています。
これまで魔法数は、２から１２６まで１０種類が確認されていて、例えば中性子と陽子の数がともに「魔法数」の２であるヘリウムは非常に安定しています。
また、８も「魔法数」の１つで、中性子と陽子がともに８つある酸素の原子核も安定性が際立っています。
こうしたなか、理化学研究所と東京大学などの研究グループが加速器と呼ばれる実験装置などを使って調べた結果、これまで明らかになっていなかった３４も、魔法数の１つであることが分かったとい
うことです。

理化学研究所の櫻井博儀主任研究員は、「魔法数にどのような数があるかを調べることは、身の周りの元素が宇宙でどのように作られたか解明することにつながる。ほかにも魔法数がないか、研究を続
けたい」と話しています。
理化学研究所などは、今回の研究結果をイギリスの科学誌「ネイチャー」で発表しました。
http://www3.nhk.or.jp/news/html/20131014/k10015255921000.html