京都大学 / 0048 / 新制・課程博士 / 博士(理学) / 甲第18072号 / 理博第3950号 / 新制||理||1569(附属図書館) / 30930 / 京都大学大学院理学研究科物理学・宇宙物理学専攻 / (主査)教授 永江 知文, 准教授 成木 恵, 教授 鶴 剛 / 学位規則第4条第1項該当 / Doctor of Science / Kyoto University / DGAM

京都大学 / 0048 / 新制・課程博士 / 博士(理学) / 甲第18796号 / 理博第4054号 / 新制||理||1583(附属図書館) / 31747 / 京都大学大学院理学研究科物理学・宇宙物理学専攻 / (主査)准教授 上田 佳宏, 教授 太田 耕司, 教授 長田 哲也 / 学位規則第4条第1項該当 / Doctor of Science / Kyoto University / DFAM

京都大学 / 0048 / 新制・課程博士 / 博士(理学) / 甲第20179号 / 理博第4264号 / 新制||理||1613(附属図書館) / 京都大学大学院理学研究科物理学・宇宙物理学専攻 / (主査)准教授 上田 佳宏, 教授 嶺重 慎, 教授 長田 哲也 / 学位規則第4条第1項該当 / Doctor of Science / Kyoto University / DFAM

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Neutron-rich rare-earth nuclei around the maximum of collectivity are predicted to exist with an extremely stable intrinsic configuration in their ground-state structure. Due to the high degree of axial symmetry and large deformation, these nuclei are also excellent candidates for having long-lived high-K isomers. The present work concerns a study of the structure of the yrast bands and a search for isomers in the neutron-rich 68Er isotopes. Excited states of 68Er isotopes were populated via multi-nucleon transfer reactions. A 859 MeV 136Xe-beam was used to bombard a 170Er-target. The experimental setup consisted of the high-resolution γ-ray spectrometer AGATA coupled to the heavy-ion magnetic spectrometer PRISMA. The experiment collected 2 TB of useful data corresponding to 3 days of effective beam time. Beam-like fragments were identified by the PRISMA specrometer placed at the grazing angle of 44 degrees. PRISMA allows for Z, A and q identification as well as TOF and velocity vector determination. This is required for the Doppler correction of the emitted γ rays detected in time coincidence with AGATA. A good Z and very clean A separation has been achieved in PRISMA. Making use of two-body kinematics, Doppler corrected γ-ray spectra for target-like fragments were obtained as well. Due to the novel techniques of PSA and γ-ray tracking, AGATA provided high-quality γ-ray spectra for both beam-like xenon and target-like erbium isotopes. Known yrast bands and isomeric states in neutron-rich erbium isotopes were observed. A candidate for the decay of an isomeric state with Eγ=184 keV  in 173Er, which has no previously known excited states, was identified.

In this thesis, we study low energy capture reactions and neutron-deuteron elastic scattering using halo effective field theory (EFT). At low energy, EFT provides a general framework to analyze physical systems regarding as an expansion of short-distance over large distance scales. We provide a model-independent calculation for neutron capture on carbon-14, radiative capture of 3He-4He, radiative capture of 3H-4He, and neutrondeuteron (n-d) doublet channel elastic scattering using halo EFT. These reactions play a significant role in the carbon-nitrogen-oxygen (CNO) cycle, solar neutrino flux measurement, lithium production, and big bang nucleosynthesis (BBN) in the early universe. The cross section is calculated for radiative neutron capture in carbon-14 using halo EFT. This reaction is slowest in the CNO cycle, and it acts as a bottleneck in the production of heavier nuclei A greater than 14. The capture contribution is different from Brett-Wigner resonance because of interference between resonant and non-resonant contribution. Also, we calculated, electromagnetic form factors for one-neutron halo nuclei such as carbon-15, beryllium-11, and carbon-19 using EFT. The electromagnetic form factors depend on the nucleon separation energy, effective range, and the two-body current. The EFT expressions are presented to leading order (LO) for 15C and next-to-leading order (NLO) for 11Be and 19C. We also calculated astronomical Sactor for 3He-4He and 3H-4He radiative capture reactions. The low energy Sactor for these reactions are important to understand the Li problem and neutrino physics. At the LO, the capture amplitude contains the initial state swave strong and Coulomb interactions summed to all orders. The NLO contribution comes from non-perturbative Coulomb interaction. Our calculated astrophysical Sactor for 3He- 4He is slightly above the average compared to the other measurement and prediction but consistent within current error bars. The Sactor for 3H-4He is also compatible with the experimental extrapolation. Finally, we studied doublet channel n-d scattering using halo EFT. A two dimer halo EFT is developed to describe the virtual state and three-body bound state in n-d scattering. We show the connection between virtual state and three-body bound state using S-matrix analysis and phase shift analysis which is supported by the Efimov plots.

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Although the contribution to the Isotropic Gamma-Ray Background (IGRB) from unresolved extragalactic objects has been studied for many years, its exact composition and origin are as of yet unknown. It is suspected that diffuse processes such as dark matter annihilation contribute to the total IGRB, as well as unresolved gamma-ray emission from Active Galactic Nuclei (AGN), including radio galaxies. Radio galaxies are a source class that emit strongly at radio wavelengths, some of which have also been detected at gamma-ray wavelengths by the Fermi Large Area Telescope (Fermi-LAT), and by very high energy gamma-ray Cherenkov telescopes. It is thought that due to the orientation of their jets, radio galaxies are detected less numerously at gamma-ray energies than blazars. Furthermore, only a small number of radio galaxies have been detected at gamma-ray energies though it is considered that others do as well. It is for these reasons that gamma-ray emitting radio galaxies, an interesting and elusive class of objects, are selected for investigation in this work. In order to reach the goal of better understanding diffuse processes, it is necessary to model the radio galaxy spectral energy distributions (SEDs). As AGN emission is variable with respect to time, it is critical to use simultaneously collected observations. Calculation of the SED based on simultaneous, multiwavelength data across the electromagnetic spectrum produces a reasonably accurate representation of the state of an object in a given time range. The gamma-ray emitting radio galaxies M 87, NGC 1275, Pictor A, and Centaurus A are selected here based on having been detected in very high energy gamma-rays by Cherenkov telescopes, as well as in other wavelengths. A uniquely consistent analysis approach is applied, in which each radio galaxy is analyzed the same way using simultaneously collected data. This approach sets it apart from other studies. Fermi-LAT raw data for each source in the sample is analyzed in time ranges which directly overlap the very high energy gamma-ray Cherenkov observations, as well as several other wavelength ranges. A synchrotron self-Compton (SSC) model is applied, which provides accurate treatment of synchrotron and inverse-Compton processes occurring in the jets of AGN, while estimating physical characteristics of the source. It is found that the spectra of M 87, NGC 1275, Pictor A, and Centaurus A can be well described by the same SSC model, producing values for the physical characteristics such as the doppler factor and magnetic field, which are relatively consistent with each other. In order to characterize the diffuse emission from dark matter self-annihilation, the radio galaxy SEDs are also fit with a dark matter model, resulting in an estimated dark matter particle mass of around 4.7 TeV which lies within predicted ranges. The highly dense regions near the black holes of AGN provide the optimal conditions for detecting these signatures. It is also found here that discrepancies between the expected emission and the observed emission in the spectra of some radio galaxies can be explained using the combined SSC and dark matter model. As emission from dark matter annihilation is expected to remain steady with respect to time, a key feature of this work is the novelty of the combined SSC and dark matter model, and the finding that dark matter characteristics may be revealed through similar multiwavelength analyses during future low emission states of the AGN. The radio galaxy sample is then extended to include all gamma-ray emitting radio galaxies detected by the Fermi-LAT, and a calculation of the core radio, total radio, and gamma-ray luminosities is followed through. A future step in extending this work would be to estimate the gamma-ray luminosity function of radio galaxies and their percent contribution to the total IGRB, based on the widely agreed upon assumption that a reasonable estimate of the gamma-ray luminosity function of a population can be attained by appropriately scaling its radio luminosity function, as gamma-ray luminosities and radio luminosities are strongly linearly correlated. This work has also provided the basis for such a calculation by outlining the theory and initial steps. It is the hope that the vast scope of the gathered data, its simultaneity, and the use of consistent analysis methods across the sample, will provide an improved foundation for a future calculation of the contribution of this population to the IGRB, as well as encourage stricter requirements for multiwavelength studies. / Der Ursprung, sowie die exakte Zusammensetzung des isotropischen Gammastrahlen-Hintergrunds (IGRB), sind trotz jahrelanger Studien über den Einfluss unaufgelöster extragalaktischer Objekte, nicht abschließend geklärt. Es wird für möglich gehalten, dass diffuse Prozesse, wie z.B. die Annihilation dunkler Materie, sowie bisher nicht detektierte Gammastrahlen-Emission aus aktiven Galaxiekernen (AGN), wie zum Beispiel Radiogalaxien, dazu beitragen. Radiogalaxien gehören zu der Gattung der Quellen, die stark im Radiowellenbereich emittieren. Einige dieser Galaxien wurden auch im Wellenlängenbereich von Gammastrahlung mittels des Fermi Large Area Telescope (Fermi-LAT) und für sehr energiereiche Gammastrahlung mittels Cherenkov-Detektoren nachgewiesen. Es wird davon ausgegangen, dass die kleinere Anzahl an nachgewiesenen Radiogalaxien im Gammastrahlenbereich, verglichen mit der Anzahl an nachgewiesenen Blazaren, auf die Orientierung ihrer Jets zurückzuführen ist. Des Weiteren wurde bisher nur eine kleine Anzahl an Radiogalaxien im Energiebereich der Gammastrahlung nachgewiesen, obwohl davon auszugehen ist, dass der Nachweis auch für weitere Galaxien möglich ist. Aus diesen Gründen werden Gammastrahlung emittierende Radiogalaxien, eine interessante und schwer auffindbare Klasse an Objekten, zur Untersuchung im Rahmen dieser Arbeit ausgewählt. Zur Verbesserung des Verständnisses diffuser Prozesse ist eine Modellierung der spektralen Energiedichteverteilung (SED) notwendig. Da die Emission von AGN zeitlich variiert, ist es wichtig simultan aufgezeichnete Daten für die Analyse zu verwenden. Die Berechnung der spektralen Energiedichteverteilung, basierend auf zeitgleich aufgezeichneten Daten für eine Vielzahl an Wellenlängen des elektromagnetischen Spektrums, liefert eine hinreichend genaue Beschreibung des Zustandes eines Objektes innerhalb eines gegebenen Zeitraumes. Diese Arbeit konzentriert sich auf die Gammastrahlung emittierenden Radiogalaxien M 87, NGC 1275, Pictor A und Centaurus A, da diese mittels Cherenkov-Teleskopen im Bereich hochenergetischer Gammastrahlung, sowie auch in anderen Wellenlängenbereichen, nachgewiesen wurden. Es wird eine, in dieser Form erstmals angewandte, konsistente Untersuchung durchgeführt, bei der jede Radiogalaxie auf identische Weise, mittels zeitgleich aufgezeichneter Daten, analysiert wird. Dieser Ansatz unterscheidet diese Arbeit von vergleichbaren Studien. Die Fermi-LAT Rohdaten für jede Quelle werden für die Zeiträume analysiert, in denen diese direkt mit der Beobachtung hochenergetischer Gammastrahlung durch Cherenkov-Teleskope, sowie darüber hinaus mit weiteren Wellenlängenbereichen, überlappen. Das Synchrotron Self-Compton (SSC) Modell wird der Analyse zu Grunde gelegt und ermöglicht eine akkurate Beschreibung, der im AGN Jet auftretenden, Synchrotron Prozesse und inversen Compton-Streuung, sowie die Abschätzung physikalischer Charakteristiken der Quelle. Es stellt sich heraus, dass die Spektren von M87, NGC 1275, Pictor A und Centaurus A mit demselben SCC Modell gut beschrieben werden können und relativ konsistente Werte für physikalische Größen, wie zum Beispiel den Doppler-Faktor oder die Magnetfeldstärke liefern. Zur genaueren Charakterisierung der aus der Annihilation dunkler Materie resultierenden diffusen Emission, werden die SED der Radiogalaxien zusätzlich mit einem Modell für dunkle Materie gefittet. Die daraus resultierende, geschätzte Teilchenmasse für dunkle Materie liegt mit 4.7 TeV innerhalb des vorhergesagten Bereiches. Die hochdichten Regionen in der Nähe der schwarzen Löcher des AGN liefern ideale Voraussetzungen zur Detektion dieser Signaturen. Des Weiteren wurde herausgefunden, dass etwaige Unterschiede zwischen der erwarteten und der beobachteten Emission in den Spektren einiger Radiogalaxien mittels einer Kombination aus SSC Modell und dunkler Materie Modell erklärt werden können. Unter der Annahme, dass die der Annihilation dunkler Materie zu Grunde liegende Emission zeitlich konstant bleibt, stellen zum einen die Kombination des SSC- und dunkler Materie Modells, sowie die Erkenntnis, dass Charakteristiken dunkler Materie durch ähnliche Multi-Wellenlängen-Experimente während zukünftiger, emissionsarmer Zustände gefunden werden können, die wesentlichen Ergebnisse dieser Arbeit dar. Das Sample der Radiogalaxien wird anschließend erweitert, so dass es alle vom Fermi-LAT detektierte und Gammastrahlung emittierende Radiogalaxien umfasst. Im Anschluss daran wird eine Berechnung der aus dem Kernbereich stammenden, und der totalen Radioluminosität, sowie der Gammastrahlungs-Luminosität durchgeführt. Ein künftiger Schritt zur Erweiterung dieser Arbeit wäre die Abschätzung der Gammastrahlungs-Luminositätsfunktion von Radiogalaxien und deren prozentualer Beitrag zum totalen IGRB, basierend auf der weitläufig akzeptierten Annahme, dass eine vernünftige Abschätzung der Gammastrahlungs-Luminositätsfunktion einer Population mittels einer angemessenen Skalierung ihrer Radio-Luminositätsfunktion erreicht werden kann, da die Gammastrahlungs-Luminosität und die Radioluminosität stark miteinander korrelieren. Diese Arbeit hat die hierfür benötigten Grundlagen für diese Art von Berechnung gelegt, indem sie die Theorie und die ersten Schritte darlegt. Es ist die Hoffnung, dass der große Umfang der zusammengetragenen Daten, deren Simultanität, und die Anwendung einer konsistenten Analysemethode für das gesamte Sample eine verbesserte Grundlage für zukünftige Berechnungen des Beitrages dieser Population zum IGRB leistet, sowie strengere Anforderung für Multi-Wellenlängen-Experimente.

Projections from medial agranular cortex to brain stem in rat were determined by use of the anterograde tracers Phaseolus vulgaris leucoagglutinin, or wheat germ agglutinin conjugated horseradish peroxidase. Axonal trajectories were also followed by means of the Wiitanen modification of the Fink-Heimer degeneration technique. AGm was identified on the basis of its cytoarchitectonics. AGm projected to the anterior pretectal nucleus, the rostral interstitial nucleus of the medial longitudinal fasciculus, the medial accessory oculomotor nucleus of Bechterew, the interstitial nucleus of Cajal, the nucleus of Darkschewitsch, the nucleus cuneiformis and subcuneiformis, intermediate and deep superior collicular layers, the paramedian pontine reticular formation (reticularis pontis oralis and caudalis, and reticularis gigantocellularis), and raphe centralis superior. Differences in connections between rostral and caudal injections were observed: pontine and medullary projections were lighter from the rostral portion of AGm than from the more caudal portions of AGm. The heaviest projections to the anterior pretectal nucleus were from the caudal portion of AGm. The subcortical projections were very similar to those described for the frontal eye field in monkeys, and the majority of them targeted areas thought to be involved in coordination of gaze with head and neck movements. Thus AGm in rats may contain the homologue of the primate frontal eye fields.

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