光明日報(bào)

原標(biāo)題：原子核質(zhì)量測量揭示新質(zhì)子幻數(shù)

近日，中國科學(xué)院近代物理研究所科研人員依托蘭州重離子加速器冷卻儲存環(huán)，精確測量了極缺中子原子核硅-22的質(zhì)量，實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)硅-22的質(zhì)子數(shù)14是一個新幻數(shù)。相關(guān)成果日前發(fā)表于《物理評論快報(bào)》。

原子核由質(zhì)子和中子構(gòu)成。科學(xué)家發(fā)現(xiàn)，當(dāng)原子核的質(zhì)子或中子的數(shù)量為2、8、20、28、50、82、126時(shí)，原子核會表現(xiàn)出相對穩(wěn)定的性質(zhì)，這些數(shù)字被稱為“幻數(shù)”。二十世紀(jì)四五十年代，物理學(xué)家梅耶和簡森等人提出了原子核的殼模型，解釋了幻數(shù)的形成機(jī)制，因此獲得了1963年諾貝爾物理學(xué)獎。

近年來，隨著核物理研究向遠(yuǎn)離穩(wěn)定線的奇特原子核推進(jìn)，科研人員在某些奇特核中發(fā)現(xiàn)了新的幻數(shù)，例如14、16、32、34。然而這些新幻數(shù)幾乎都是中子幻數(shù)，新的質(zhì)子幻數(shù)在實(shí)驗(yàn)上鮮有發(fā)現(xiàn)。

此前，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)氧-22原子核（中子數(shù)為14、質(zhì)子數(shù)為8）具有雙幻核特征，即質(zhì)子和中子均為幻數(shù)，它的中子數(shù)14被證明是新幻數(shù)。氧-22的鏡像核硅-22，其中子數(shù)為8、質(zhì)子數(shù)為14。根據(jù)核結(jié)構(gòu)的鏡像對稱性，理論預(yù)言硅-22的質(zhì)子數(shù)14也應(yīng)該是一個新幻數(shù)。硅-22是目前已知的中子數(shù)目最少的硅原子核，由于其產(chǎn)生截面小、壽命短，極難在實(shí)驗(yàn)中產(chǎn)生和測量。因此，這一理論預(yù)言一直未能得到驗(yàn)證。

近代物理所原子核質(zhì)量測量團(tuán)隊(duì)基于蘭州重離子加速器冷卻儲存環(huán)，利用改進(jìn)后的磁剛度識別等時(shí)性質(zhì)譜術(shù)，探測到了17個硅-22原子核，并最終成功給出了硅-22原子核的質(zhì)量。

基于新的質(zhì)量數(shù)據(jù)，研究團(tuán)隊(duì)證實(shí)，在硅-22中，質(zhì)子數(shù)14確實(shí)表現(xiàn)出幻數(shù)特征，是一個新的質(zhì)子幻數(shù)。這一結(jié)果也得到了理論計(jì)算的支持。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，雖然硅-22和它的鏡像核氧-22一樣都是雙幻核，但硅-22的結(jié)構(gòu)相較氧-22存在輕微的對稱破缺，具有更外延的質(zhì)子空間分布。

該研究深化了人們對奇特原子核結(jié)構(gòu)的認(rèn)識，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。（記者王冰雅、尚杰）