「超新星爆発の元素合成は想像以上に速い」証拠をつかむ

原子核は陽子と中性子の固まりで、これらの個数でその性質が決まります。鉄や金など、自然界には安定な原子核が約300個ほど存在していますが、理論的には約10,000個の原子核が存在するとされています。そのほとんどは放射性同位元素（RI）と呼ばれる不安定な原子核です。

「私たちの周りの元素は、どのように創られて、存在しているのか」という謎を解くカギは、鉄より重い質量数（質量数A>70）の特異な幅広のピーク構造で、太陽系が誕生する以前に重元素合成過程（r過程）が起きた痕跡だと考えられています。このr過程の検証は、世界最高性能を持つ理研の「大強度重イオン加速器施設RIビームファクトリー （RIBF）」だけで実現することができます。

仁科加速器研究センターの櫻井RI物理研究室らは、RIBFでクリプトンからテクニチウムまでのRIを発生させ、38個もの中性子過剰なRIの寿命測定に成功し、そのうち18個は世界初のデータでした。 具体的には、345MeVまで加速した²³⁸U（ウラン）ビームを⁹Be（ベリリウム）に照射して、さまざまな中性子過剰なRIを作り出し、独自に開発した高性能な寿命測定装置を用いて、精度良く寿命を測定しました。わずか8時間という測定時間で、世界の過去20年間のデータ量に匹敵するデータを取得し、質量数が110近傍の中性子過剰なRIが、驚くべきことに2〜3倍も速く崩壊することが分かりました。この測定結果は、超新星爆発時のr過程の経路上のRIに初めて実験的に踏み込んだ成果で、これまで謎となっていた理論予想での「重元素生成量の不足問題」へ解決の糸口を見いだしたことになります。