科研進展
原子核質量測量揭示新質子幻數(shù)出現(xiàn)
近日，中國科學院近代物理研究所科研人員依托蘭州重離子加速器冷卻儲存環(huán)，首次精確測量了極缺中子原子核硅-22的質量，發(fā)現(xiàn)在硅-22中質子數(shù)14是一個新幻數(shù)。相關成果于7月2日發(fā)表于《物理評論快報》(Physical Review Letters)。
原子核由質子和中子構成。當原子核的質子數(shù)或中子數(shù)為2、8、20、28、50、82、126時，原子核會表現(xiàn)出相對穩(wěn)定的性質，因此這些數(shù)字被稱為“幻數(shù)”。20世紀40-50年代，物理學家梅耶(M. G. Mayer)和簡森(J. H. D. Jensen)等提出了原子核的殼模型，成功解釋了幻數(shù)的形成機制，因此獲得了1963年諾貝爾物理學獎。
近年來，隨著核物理研究向遠離穩(wěn)定線的奇特原子核推進，人們在某些奇特核中發(fā)現(xiàn)了新幻數(shù)（例如中子數(shù)為14、16、32、34）的出現(xiàn)。然而這些新幻數(shù)幾乎都是中子幻數(shù)，新的質子幻數(shù)在實驗上鮮有報道。
此前，科學家發(fā)現(xiàn)在氧-22中（中子數(shù)為14，質子數(shù)為8），中子數(shù)14具有“幻數(shù)”特征。根據(jù)核結構的鏡像對稱性，理論預言在氧-22的鏡像核硅-22（中子數(shù)為8，質子數(shù)為14）中，質子數(shù)14也應該是一個幻數(shù)。硅-22是目前已知的最缺中子的硅同位素，由于其產(chǎn)生截面小、壽命短，在實驗中產(chǎn)生和測量均面臨較大挑戰(zhàn)，該理論預言一直未被實驗證實。
近代物理所原子核質量測量研究團隊基于蘭州重離子加速器冷卻儲存環(huán)，利用改進后的磁剛度識別等時性質譜術，克服參考核極少的不利條件，成功測量了硅-22原子核的基態(tài)質量，并將該團隊此前首次測量的硅-23質量的精度提高了近7倍。研究結果表明，硅-22具有大于零的雙質子分離能，是一個質子滴線核，不存在雙質子直接放射性，結束了長期以來的相關爭議。
基于新的質量數(shù)據(jù)，研究團隊提取出硅-22的質子對能，并與鏡像核氧-22的中子對能等進行系統(tǒng)性對比，揭示出新質子幻數(shù)14的出現(xiàn)。該結果得到了當前先進核理論模型伽莫夫（Gamow）殼模型計算的支持。進一步研究發(fā)現(xiàn)，雖然硅-22具有和氧-22相似的雙幻特性，但其結構與氧-22存在輕微的對稱性破缺。
該研究深化了人們對奇特原子核結構的認識，對理解原子核中核子之間相互作用、探索極端條件下原子核的存在邊界具有重要意義。
近代物理所邢元明副研究員和博士研究生羅胤芳是論文的共同第一作者，近代物理所張玉虎研究員、李健國副研究員和意大利國家核物理研究院（INFN）G. de Angelis教授為通訊作者。
該研究得到了科技部重點研發(fā)計劃、中國科學院戰(zhàn)略性先導科技專項（B類）、中國科學院青年創(chuàng)新促進會、國家自然科學基金委、甘肅省自然科學基金委等項目的支持。
DOI: https://doi.org/10.1103/ffwt-n7yc
圖：硅-22及其鏡像核氧-22結構示意圖。通過硅-22的質量測量，結合理論計算，科研人員揭示了硅-22具有與氧-22相似的雙幻結構，但同時存在輕微的對稱破缺，具有更外延的質子空間分布。（圖源/近代物理所）
（儲存環(huán)核物理室 供稿）
