科研進(jìn)展
原子核質(zhì)量測量揭示新質(zhì)子幻數出現
近日，中國科學(xué)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(zhì)量，發(fā)現在硅-22中質(zhì)子數14是一個(gè)新幻數。相關(guān)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(zhì)子和中子構成。當原子核的質(zhì)子數或中子數為2、8、20、28、50、82、126時(shí)，原子核會(huì )表現出相對穩定的性質(zhì)，因此這些數字被稱(chēng)為“幻數”。20世紀40-50年代，物理學(xué)家梅耶(M. G. Mayer)和簡(jiǎn)森(J. H. D. Jensen)等提出了原子核的殼模型，成功解釋了幻數的形成機制，因此獲得了1963年諾貝爾物理學(xué)獎。
近年來(lái)，隨著(zhù)核物理研究向遠離穩定線(xiàn)的奇特原子核推進(jìn)，人們在某些奇特核中發(fā)現了新幻數（例如中子數為14、16、32、34）的出現。然而這些新幻數幾乎都是中子幻數，新的質(zhì)子幻數在實(shí)驗上鮮有報道。
此前，科學(xué)家發(fā)現在氧-22中（中子數為14，質(zhì)子數為8），中子數14具有“幻數”特征。根據核結構的鏡像對稱(chēng)性，理論預言在氧-22的鏡像核硅-22（中子數為8，質(zhì)子數為14）中，質(zhì)子數14也應該是一個(gè)幻數。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(shí)驗中產(chǎn)生和測量均面臨較大挑戰，該理論預言一直未被實(shí)驗證實(shí)。
近代物理所原子核質(zhì)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(jìn)后的磁剛度識別等時(shí)性質(zhì)譜術(shù)，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(zhì)量，并將該團隊此前首次測量的硅-23質(zhì)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(zhì)子分離能，是一個(gè)質(zhì)子滴線(xiàn)核，不存在雙質(zhì)子直接放射性，結束了長(cháng)期以來(lái)的相關(guān)爭議。
基于新的質(zhì)量數據，研究團隊提取出硅-22的質(zhì)子對能，并與鏡像核氧-22的中子對能等進(jìn)行系統性對比，揭示出新質(zhì)子幻數14的出現。該結果得到了當前先進(jìn)核理論模型伽莫夫（Gamow）殼模型計算的支持。進(jìn)一步研究發(fā)現，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(chēng)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(diǎn)研發(fā)計劃、中國科學(xué)院戰略性先導科技專(zhuān)項（B類(lèi)）、中國科學(xué)院青年創(chuàng )新促進(jìn)會(huì )、國家自然科學(xué)基金委、甘肅省自然科學(xué)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(guò)硅-22的質(zhì)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(shí)存在輕微的對稱(chēng)破缺，具有更外延的質(zhì)子空間分布。（圖源/近代物理所）
（儲存環(huán)核物理室 供稿）
