中國(guó)科學(xué)院近代物理研究所科研人員精確測(cè)量了一批奇特原子核的質(zhì)量，確定了鋁、磷、硫和氬元素的質(zhì)子滴線，提出了基于原子核質(zhì)量揭示質(zhì)子暈結(jié)構(gòu)的新方法。近日，相關(guān)研究成果發(fā)表在《物理評(píng)論快報(bào)》（Physical Review Letters）上。

原子核是由質(zhì)子和中子組成的量子多體系統(tǒng)，一般相鄰原子核的半徑較為接近。暈是弱束縛原子核中的奇異核結(jié)構(gòu)，表現(xiàn)為一個(gè)或多個(gè)價(jià)核子在空間分布上出現(xiàn)很長(zhǎng)的拖尾，使得該原子核的半徑顯著大于臨近原子核。此前的實(shí)驗(yàn)研究中，中子暈發(fā)現(xiàn)較多，而質(zhì)子暈發(fā)現(xiàn)較少。這是由于庫(kù)侖勢(shì)壘限制了質(zhì)子暈結(jié)構(gòu)的形成，使得在實(shí)驗(yàn)中指認(rèn)質(zhì)子暈核異常困難。

該研究利用蘭州重離子加速器冷卻儲(chǔ)存環(huán)，使用首創(chuàng)的磁剛度識(shí)別等時(shí)性質(zhì)譜術(shù)，精確測(cè)量了硅-23、磷-26、?硫-27和氬-31的質(zhì)量，并將硫-28的質(zhì)量精度提高了11倍。研究利用新的原子核質(zhì)量數(shù)據(jù)，確定了鋁、磷、硫和氬元素的質(zhì)子滴線。

進(jìn)一步，該研究基于新測(cè)質(zhì)量提取了鏡像能差，發(fā)現(xiàn)了一些（近）質(zhì)子滴線核中出現(xiàn)同位旋對(duì)稱性破缺。研究認(rèn)為，這一發(fā)現(xiàn)的物理原因在于（近）質(zhì)子滴線核中可能存在質(zhì)子暈結(jié)構(gòu)。同時(shí)，這一結(jié)論得到理論計(jì)算的支持。

研究基于新方法的分析支持磷-26、27，硫-27、28等質(zhì)子暈候選核中存在質(zhì)子暈的觀點(diǎn)，提出了氬-31是一個(gè)雙質(zhì)子暈核，澄清了基態(tài)的鋁-22不是一個(gè)質(zhì)子暈核等，為未來開展質(zhì)子暈核相關(guān)的實(shí)驗(yàn)和理論研究指明了方向。

研究提出，僅與原子核質(zhì)量相關(guān)的鏡像能差可作為探測(cè)同位旋對(duì)稱性破缺、揭示質(zhì)子暈結(jié)構(gòu)的靈敏探針，有望推進(jìn)相關(guān)問題的研究。

研究工作得到國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、國(guó)家自然科學(xué)基金、中國(guó)科學(xué)院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項(xiàng)（B類）、中國(guó)科學(xué)院穩(wěn)定支持基礎(chǔ)研究領(lǐng)域青年團(tuán)隊(duì)計(jì)劃、甘肅省自然科學(xué)基金的支持。該工作由近代物理所和德國(guó)亥姆霍茲重離子研究中心合作完成。

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鏡像核氬-31和鋁-31的核子分布示意圖