11月21日，中國科學(xué)院近代物理研究所與合作者，首次通過實(shí)驗(yàn)證實(shí)在原子核基態(tài)中存在分子型結(jié)構(gòu)。相關(guān)研究成果發(fā)表在《物理評(píng)論快報(bào)》（Physical Review Letters）上，并作為亮點(diǎn)工作被美國物理學(xué)會(huì)的Physics在線報(bào)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(tuán)結(jié)構(gòu)是一個(gè)引人入勝的現(xiàn)象。 ?? ?

原子核基態(tài)中的集團(tuán)結(jié)構(gòu)并不常見。20世紀(jì)60年代，日本核物理學(xué)家Ikeda提出，集團(tuán)結(jié)構(gòu)更多地出現(xiàn)于α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。而關(guān)于基態(tài)集團(tuán)結(jié)構(gòu)的討論可追溯到1938年。理論物理學(xué)家Hafstad和Teller通過分析α共軛核的結(jié)合能，發(fā)現(xiàn)α-α之間相互作用的能量近似常數(shù)，進(jìn)而推測(cè)鈹-8、碳-12、氧-16等原子核的基態(tài)中可能存在α分子型的集團(tuán)結(jié)構(gòu)。然而，這一理論假設(shè)未被證實(shí)。 ?? ?

近期，近代物理所等以新穎的實(shí)驗(yàn)方法，首次證實(shí)了在豐中子核鈹-10基態(tài)中存在分子型結(jié)構(gòu)。該實(shí)驗(yàn)在日本理化學(xué)研究所放射性核束工廠（RIBF）完成。該團(tuán)隊(duì)通過逆運(yùn)動(dòng)學(xué)下的敲出反應(yīng)，研究了鈹-10的α集團(tuán)結(jié)構(gòu)。實(shí)驗(yàn)中，0.5倍光速的鈹-10次級(jí)束流轟擊2毫米厚的固態(tài)氫靶，束縛在鈹-10核中的α集團(tuán)由質(zhì)子敲出，幾乎不轉(zhuǎn)移任何動(dòng)量給反應(yīng)余核，使其保持了鈹-10基態(tài)中的集團(tuán)結(jié)構(gòu)信息。 ?? ?

實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，敲出反應(yīng)的實(shí)驗(yàn)截面與微觀模型下的理論預(yù)測(cè)非常吻合，從而驗(yàn)證了長期以來對(duì)鈹-10基態(tài)的分子態(tài)結(jié)構(gòu)假設(shè)，即形成α-α啞鈴狀核心，兩個(gè)價(jià)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)中罕見。_??????

這一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(shí)驗(yàn)證據(jù)，并為進(jìn)一步探索豐中子核基態(tài)中α集團(tuán)結(jié)構(gòu)的演化開辟了方向。 ?? ?

該研究由近代物理所聯(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)等合作完成。研究工作得到中國科學(xué)院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項(xiàng)（B類）、博士后國際交流計(jì)劃引進(jìn)項(xiàng)目和國家自然科學(xué)基金等的支持。?

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豐中子核鈹-10基態(tài)集團(tuán)結(jié)構(gòu)敲出反應(yīng)示意圖

鈹-10原子核基態(tài)的分子型結(jié)構(gòu)