由中國香港大學(xué)，日本理化學(xué)研究所（RIKEN）和CEA(法國)領(lǐng)導(dǎo)的一項(xiàng)國際合作使用RIBF(RI Beam Factory)在RIKEN Nishina Center for Accelerator-Base Science中證明34是中子的“幻數(shù)”，這意味著具有34個(gè)中子的原子核比通常預(yù)期更穩(wěn)定，早期的實(shí)驗(yàn)有表明，但沒有清楚地證明這一點(diǎn)。

現(xiàn)在發(fā)表在《物理評(píng)論快報(bào)》期刊上的這些實(shí)驗(yàn)是使用鈣54進(jìn)行，鈣54是一種不穩(wěn)定的核，有20個(gè)質(zhì)子和34個(gè)中子（博科園溫馨提示：百科詞條可以更新改寫了，參考期刊文獻(xiàn)見本文末，誰去寫一下？）。

通過實(shí)驗(yàn)，研究人員表明，它表現(xiàn)出強(qiáng)烈的殼層閉合，這種情況與具有閉合電子殼層的原子(如氦和氖)在化學(xué)上不活躍的情況類似。雖然人們?cè)?jīng)認(rèn)為質(zhì)子和中子在原子核中像湯一樣聚集在一起，但現(xiàn)在人們知道它們是以殼的形式組織起來。隨著核殼的完全填充，通常被稱為“幻數(shù)”，原子核顯示出可以在實(shí)驗(yàn)室中探測(cè)的獨(dú)特屬性。例如，原子核第一激發(fā)態(tài)的大能量表示一個(gè)幻數(shù)。對(duì)富中子核的研究表明，需要在已知的規(guī)范數(shù)2、8、20、28、50、82和126上添加新的數(shù)。

2013年RIBF也進(jìn)行了對(duì)鈣54的初步測(cè)試，已經(jīng)表明這個(gè)數(shù)字應(yīng)該存在。在新實(shí)驗(yàn)中，研究重點(diǎn)轉(zhuǎn)向確定其實(shí)際強(qiáng)度，目前的實(shí)驗(yàn)中，研究團(tuán)隊(duì)通過煞費(fèi)苦心地一次敲出一個(gè)中子，直接測(cè)量了占據(jù)鈣54中單個(gè)殼層的中子數(shù)量。為了做到這一點(diǎn)，該研究小組使用了一束含有鈣的光束，其速度約為光速的60%，通過BigRIPS同位素分離器進(jìn)行選擇和鑒定，并將該光束碰撞成濃液氫或質(zhì)子的靶子。冷卻到20K的極低溫度，同位素詳細(xì)殼層結(jié)構(gòu)是從中子與質(zhì)子碰撞時(shí)被擊出的截面推斷出來。

這使得研究人員可以將它們與不同的殼層聯(lián)系起來，Nishina中心Pieter Doornenbal的說：這是第一次能夠定量地證明所有中子殼都填滿了54Ca，而34個(gè)中子確實(shí)是一個(gè)很好的幻數(shù)。這一發(fā)現(xiàn)表明，34是幻數(shù)集的一部分，盡管它的出現(xiàn)僅限于核圖中非常有限的區(qū)域。未來的主要努力將集中在劃定這一區(qū)域。此外，對(duì)于更多富含中子的系統(tǒng)，如Ca60，更多的幻數(shù)被預(yù)測(cè)，這些‘奇異的’系統(tǒng)目前超出了RIBF進(jìn)行詳細(xì)研究的范圍

但研究人員相信，由于其不斷增強(qiáng)的能力，將在可預(yù)見的未來變得可獲得。這一發(fā)現(xiàn)證實(shí)了富中子鈣同位素中新殼層閉合的出現(xiàn)，利用有效GXPF1BS相互作用和從頭計(jì)算的殼模型計(jì)算得到的扭曲波脈沖近似反應(yīng)形式與實(shí)驗(yàn)結(jié)果一致。獲得的橫向動(dòng)量分布和平行動(dòng)量分布表明，在反應(yīng)頂點(diǎn)重構(gòu)為最終狀態(tài)自旋宇稱分配的厚液氫靶上，準(zhǔn)無單中子敲除在逆運(yùn)動(dòng)學(xué)中是敏感的。

博科園｜研究/來自：日本理化學(xué)研究所

參考期刊《物理評(píng)論快報(bào)》

DOI: 10.1103/PhysRevLett.123.142501

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