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＜原子核の反応と構造＞ （櫻木 弘之）
以下の文章は、卒業研究や大学院での研究室を選ぶのに、学生の皆さんからよく尋ねられる「先生はどんな研究をしているのですか❓」という質問に答える内容を簡単にまとめたものです。 ⇒ 詳しい研究内容については、こちらへ
＜原子核とは＞
原子核は陽子(proton)と中性子(neutron)が集まってできた多体系です。
陽子と中性子は、その電磁的性質を除いては、瓜二つの双子のような粒子で、「原子核を構成する粒子」という意味で、 「核子」 (nucleon) と総称されます（※）。
原子核は、これら「核子」が数個～数百個集まってできた「有限量子多体系」です。 原子核の大きさは実験的に測定されており、原子核内の核子の数（＝質量数）をＡとすると、その原子核の半径は、
およそ、R=1.2×Ａ1/3 ≦ 10
fm ( 1 fm は 1000兆分の１㍍という長さの単位）であることがわかっています。 つまり、物質を構成する原子の大きさ(約100億分の１㍍ = 0.1 ナノ㍍)と比べても、 更に原子の1万分の１以下の大きさしかない、超極微の物理系なのです。
(※ 少し難しい言葉で言えば、核子にはアイソスピン（荷電スピン）という量子数をもち、 そのz成分の固有値は±1/2のいずれかの値を持ちます。 この固有値が+1/2の方を中性子、-1/2の方を陽子と呼びます。つまり、陽子と中性子は同じ「核子」で、
アイソスピンの異なる固有状態である、といえます。）
＜原子核で働く力は？＞
陽子の間には距離の2乗に反比例するクーロン斥力が働くので、陽子同士をこのような小さな領域に閉じ込めようとすると、
とてつもない大きな電気的反発力のために、原子核はバラバラに飛び散ってしまいそうです。 しかしそうならないのは、電気的な斥力よりはるかに強い 「核力」と呼ばれる引力的な力が、核子間に働いているからです。 核力は「強い相互作用」とも呼ばれます。 この「核力」の正体を、世界で初めて理論的に予言したのが 湯川秀樹 博士(1907～1981)です。 湯川博士が予言した核力を伝える粒子の一つである「パイ中間子」は、
その後、宇宙線の観測で実際に発見されました。 この業績により、1949年(昭和24年)、湯川博士は日本人初の「ノーベル賞（物理学賞）」を受賞しました。
原子核を理解するためには、この「強い相互作用（核力）」、「電磁相互作用」以外に、
もう一つ重要な「力」が必要です。それは「弱い相互作用」と呼ばれるもので、 中性子が陽子に変わったり、逆に陽子が中性子に変わったりする現象（β崩壊）
を引き起こす力です。これらの3種類の力（相互作用）の微妙なつり合いの結果、100兆分の１㍍以下の小さな領域に 閉じ込められた「核子の集団」である「原子核」が存在するのです。
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