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      科學家首次發現原子核基態存在分子型結構

        

        中國科學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中存在分子型結構。該研究于11月21日發表在國際物理學頂級期刊Physical Review Letters上,并作為亮點工作被美國物理學會的Physics雜志在線報道。

        原子核是由質子和中子等核子組成的量子多體系統,其半徑只有原子的萬分之一,但其質量卻占比原子質量的99.9%以上。核子間的相互作用形成了多種有趣的原子核結構,從球形核到變形核,甚至是表面密度稀疏的中子暈核。在這些結構中,原子核內出現集團結構是一個引人入勝的現象。 

        原子核基態中的集團結構并不常見。上世紀60年代,日本著名核物理學家Ikeda指出,集團結構更多地出現于 共軛核(質子數和中子數相等且為偶數)的激發態中。而有關基態集團結構的討論可以追溯到1938年,理論物理學家Hafstad和Teller通過分析 共軛核的結合能,發現 - 之間相互作用的能量近似常數,因此推測鈹-8、碳-12、氧-16等原子核的基態中可能存在 分子型的集團結構。但這一理論假設一直未能被證實。 

        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基態中存在分子型結構。 

        該實驗在日本理化學研究所放射性核束工廠(RIBF)上完成。研究團隊通過逆運動學下的敲出反應,研究了鈹-10的 集團結構。實驗中,0.5倍光速的鈹-10次級束流轟擊2毫米厚的固態氫靶,束縛在鈹-10核中的 集團由質子敲出,幾乎不轉移任何動量給反應余核, 使其保持了鈹-10基態中的集團結構信息。 

        實驗結果表明,敲出反應的實驗截面與微觀模型下的理論預測非常吻合,從而驗證了長期以來對鈹-10基態的分子態結構假設,即形成 - 啞鈴狀核心,兩個價中子垂直繞核心軸旋轉。類似的結構可以在原子尺度上找到,但在原子核基態中非常罕見。  

        這項研究首次為原子核基態的分子態結構理論描述提供了實驗證據,并為進一步探索豐中子核基態中 集團結構的演化開辟了方向。 

        這項研究工作由近代物理所聯合香港大學、法國巴黎-薩克雷大學、日本理化學研究所、日本大阪大學、南京航空航天大學等國內外27家科研單位合作完成。該工作得到了中國科學院戰略性先導科技專項(B類)、博士后國際交流計劃引進項目、國家自然科學基金等項目的支持。 

         

      圖1: 豐中子核鈹-10基態集團結構敲出反應示意圖(圖/李朋杰) 

         

        2:-10原子核基態的分子型結構(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  

                                                              (核反應研究室 供稿) 

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