科研進展
科學(xué)家首次發(fā)現(xiàn)原子核基態(tài)存在分子型結(jié)構(gòu)
中國科學(xué)院近代物理研究所科研人員及合作者近日首次通過實驗證實在原子核基態(tài)中存在分子型結(jié)構(gòu)。該研究于11月21日發(fā)表在國際物理學(xué)頂級期刊Physical Review Letters上，并作為亮點工作被美國物理學(xué)會的Physics雜志在線報道。
原子核是由質(zhì)子和中子等核子組成的量子多體系統(tǒng)，其半徑只有原子的萬分之一，但其質(zhì)量卻占比原子質(zhì)量的99.9%以上。核子間的相互作用形成了多種有趣的原子核結(jié)構(gòu)，從球形核到變形核，甚至是表面密度稀疏的中子暈核。在這些結(jié)構(gòu)中，原子核內(nèi)出現(xiàn)集團結(jié)構(gòu)是一個引人入勝的現(xiàn)象。
原子核基態(tài)中的集團結(jié)構(gòu)并不常見。上世紀(jì)60年代，日本著名核物理學(xué)家Ikeda指出，集團結(jié)構(gòu)更多地出現(xiàn)于 共軛核(質(zhì)子數(shù)和中子數(shù)相等且為偶數(shù))的激發(fā)態(tài)中。而有關(guān)基態(tài)集團結(jié)構(gòu)的討論可以追溯到1938年，理論物理學(xué)家Hafstad和Teller通過分析 共軛核的結(jié)合能，發(fā)現(xiàn) - 之間相互作用的能量近似常數(shù)，因此推測鈹-8、碳-12、氧-16等原子核的基態(tài)中可能存在 分子型的集團結(jié)構(gòu)。但這一理論假設(shè)一直未能被證實。
近期，近代物理所科研人員和合作者以新穎的實驗方法，首次證實了在豐中子核鈹-10基態(tài)中存在分子型結(jié)構(gòu)。
該實驗在日本理化學(xué)研究所放射性核束工廠(RIBF)上完成。研究團隊通過逆運動學(xué)下的敲出反應(yīng)，研究了鈹-10的 集團結(jié)構(gòu)。實驗中，0.5倍光速的鈹-10次級束流轟擊2毫米厚的固態(tài)氫靶，束縛在鈹-10核中的 集團由質(zhì)子敲出，幾乎不轉(zhuǎn)移任何動量給反應(yīng)余核, 使其保持了鈹-10基態(tài)中的集團結(jié)構(gòu)信息。
實驗結(jié)果表明，敲出反應(yīng)的實驗截面與微觀模型下的理論預(yù)測非常吻合，從而驗證了長期以來對鈹-10基態(tài)的分子態(tài)結(jié)構(gòu)假設(shè)，即形成 - 啞鈴狀核心，兩個價中子垂直繞核心軸旋轉(zhuǎn)。類似的結(jié)構(gòu)可以在原子尺度上找到，但在原子核基態(tài)中非常罕見。
這項研究首次為原子核基態(tài)的分子態(tài)結(jié)構(gòu)理論描述提供了實驗證據(jù)，并為進一步探索豐中子核基態(tài)中 集團結(jié)構(gòu)的演化開辟了方向。
這項研究工作由近代物理所聯(lián)合香港大學(xué)、法國巴黎-薩克雷大學(xué)、日本理化學(xué)研究所、日本大阪大學(xué)、南京航空航天大學(xué)等國內(nèi)外27家科研單位合作完成。該工作得到了中國科學(xué)院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項（B類）、博士后國際交流計劃引進項目、國家自然科學(xué)基金等項目的支持。
圖1： 豐中子核鈹-10基態(tài)集團結(jié)構(gòu)敲出反應(yīng)示意圖（圖/李朋杰）
圖2：鈹-10原子核基態(tài)的分子型結(jié)構(gòu)（圖/李朋杰）
文章鏈接：https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.131.212501
Physics雜志報道鏈接：https://physics.aps.org/articles/v16/s167
（核反應(yīng)研究室 供稿）
