科学家发现原子核基态存在分子型结构
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11月21日,中国科学院近代物理研究所与合作者,首次通过实验证实在原子核基态中存在分子型结构。相关研究成果发表在《物理评论快报》(Physical Review Letters)上,并作为亮点工作被美国物理学会的Physics在线报道。

原子核是由质子和中子等核子组成的量子多体系统,其半径只有原子的万分之一,但其质量却占比原子质量的99.9%以上。核子间的相互作用形成了多种有趣的原子核结构,从球形核到变形核,甚至是表面密度稀疏的中子晕核。在这些结构中,原子核内出现集团结构是一个引人入胜的现象。     

原子核基态中的集团结构并不常见。20世纪60年代,日本核物理学家Ikeda提出,集团结构更多地出现于α共轭核(质子数和中子数相等且为偶数)的激发态中。而关于基态集团结构的讨论可追溯到1938年。理论物理学家Hafstad和Teller通过分析α共轭核的结合能,发现α-α之间相互作用的能量近似常数,进而推测铍-8、碳-12、氧-16等原子核的基态中可能存在α分子型的集团结构。然而,这一理论假设未被证实。     

近期,近代物理所等以新颖的实验方法,首次证实了在丰中子核铍-10基态中存在分子型结构。该实验在日本理化学研究所放射性核束工厂(RIBF)完成。该团队通过逆运动学下的敲出反应,研究了铍-10的α集团结构。实验中,0.5倍光速的铍-10次级束流轰击2毫米厚的固态氢靶,束缚在铍-10核中的α集团由质子敲出,几乎不转移任何动量给反应余核,使其保持了铍-10基态中的集团结构信息。     

实验结果表明,敲出反应的实验截面与微观模型下的理论预测非常吻合,从而验证了长期以来对铍-10基态的分子态结构假设,即形成α-α哑铃状核心,两个价中子垂直绕核心轴旋转。类似的结构可以在原子尺度上找到,但在原子核基态中罕见。      

这一研究首次为原子核基态的分子态结构理论描述提供了实验证据,并为进一步探索丰中子核基态中α集团结构的演化开辟了方向。     

该研究由近代物理所联合香港大学、法国巴黎-萨克雷大学、日本理化学研究所、日本大阪大学、南京航空航天大学等合作完成。研究工作得到中国科学院战略性先导科技专项(B类)、博士后国际交流计划引进项目和国家自然科学基金等的支持。 

论文链接:https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.131.212501

Physics报道链接:https://physics.aps.org/articles/v16/s167

W020231127608621866314

丰中子核铍-10基态集团结构敲出反应示意图

W020231127607757095069

铍-10原子核基态的分子型结构

来源:近代物理研究所