陸首次精確測量原子核矽-22質量 發現「新質子幻數」

陸團隊領銜首次精確測量原子核矽-22品質發現新質子幻數。（示意圖:shutterstock/達志）

陸團隊領銜首次精確測量原子核矽-22品質發現新質子幻數。圖爲該研究矽-22及其鏡像核氧-22結構示意圖。（中新網╱中國科學院近代物理研究所提供）

中新網報導，中國科學院近代物理研究所9日透露，依託大科學裝置蘭州重離子加速器冷卻儲存環，該所研究團隊領銜聯合義大利、德國、日本等國科研機構合作者，首次精確測量了極缺中子原子核矽-22的質量，並發現在矽-22中的質子數14是一個新幻數。

這一物理學重要基礎研究成果論文，近日已在國際專業學術期刊《物理評論快報》(Physical Review Letters)發表。

中國科學院近代物理研究所原子核品質測量研究團隊說，原子核由質子和中子構成。當原子核的質子數或中子數爲2、8、20、28、50、82、126時，原子核會表現出相對穩定性質，因此這些數字被稱爲幻數。20世紀40-50年代，物理學家梅耶(M. G. Mayer)和簡森(J. H. D. Jensen)等提出原子核的殼模型，成功解釋幻數形成機制，因此獲得1963年諾貝爾物理學獎。

近年來，隨着核子物理研究向遠離穩定線的奇特原子核推進，在某些奇特核中發現新幻數(例如中子數爲14、16、32、34)的出現。然而，這些新幻數幾乎都是中子幻數，新的質子幻數在實驗上鮮有報導。

此前，科學家發現在氧-22中(中子數爲14，質子數爲8)，中子數14具有幻數特徵。根據核結構的鏡像對稱性，理論預言在氧-22的鏡像核矽-22(中子數爲8，質子數爲14)中，質子數14也應該是一個幻數。矽-22是目前已知的最缺中子的矽同位素，由於其產生截面小、壽命短，在實驗中產生和測量均面臨較大挑戰，該理論預言一直未被實驗證實。

在本項研究中，中國科學院近代物理研究所團隊基於蘭州重離子加速器冷卻儲存環，利用改進後的磁剛度識別等時性質譜術，克服參考核極少的不利條件，成功測量出矽-22原子核的基態質量，並將該團隊此前首次測量的矽-23品質精度提高近7倍。

根據新的質量數據，研究團隊揭示新質子幻數14在矽-22中的出現，這個結果得到當前先進核理論模型計算支持。進一步研究發現，雖然矽-22具有和氧-22相似雙幻特性，但其結構與氧-22存在輕微對稱性破缺。

研究團隊表示，最新發表這項研究，深化認識奇特原子核結構，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。