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中国团队领衔首次精确测量原子核硅-22质量 发现一个新质子幻数

  中新网北京7月9日电 (记者 孙自法)记者7月9日从中国科学院近代物理研究所获悉,依托大科学装置兰州重离子加速器冷却储存环,该所研究团队领衔联合意大利、德国、日本等国科研机构合作者,首次精确测量了极缺中子原子核硅-22的质量,并发现在硅-22中的质子数14是一个新幻数。

  这一物理学的重要基础研究成果论文,近日已在国际专业学术期刊《物理评论快报》(Physical Review Letters)发表。

本项研究的硅-22及其镜像核氧-22结构示意图。中国科学院近代物理研究所 供图

  中国科学院近代物理研究所原子核质量测量研究团队介绍说,原子核由质子和中子构成。当原子核的质子数或中子数为2、8、20、28、50、82、126时,原子核会表现出相对稳定的性质,因此这些数字被称为幻数。20世纪40-50年代,物理学家梅耶(M. G. Mayer)和简森(J. H. D. Jensen)等提出原子核的壳模型,成功解释了幻数的形成机制,因此获得1963年诺贝尔物理学奖。

  近年来,随着核物理研究向远离稳定线的奇特原子核推进,人们在某些奇特核中发现了新幻数(例如中子数为14、16、32、34)的出现。然而,这些新幻数几乎都是中子幻数,新的质子幻数在实验上鲜有报道。

  此前,科学家发现在氧-22中(中子数为14,质子数为8),中子数14具有幻数特征。根据核结构的镜像对称性,理论预言在氧-22的镜像核硅-22(中子数为8,质子数为14)中,质子数14也应该是一个幻数。硅-22是目前已知的最缺中子的硅同位素,由于其产生截面小、寿命短,在实验中产生和测量均面临较大挑战,该理论预言一直未被实验证实。

  在本项研究中,中国科学院近代物理研究所团队基于兰州重离子加速器冷却储存环,利用改进后的磁刚度识别等时性质谱术,克服参考核极少的不利条件,成功测量出硅-22原子核的基态质量,并将该团队此前首次测量的硅-23质量的精度提高了近7倍。

  根据新的质量数据,研究团队揭示了新质子幻数14在硅-22中的出现,这个结果得到当前先进核理论模型计算的支持。他们进一步研究发现,虽然硅-22具有和氧-22相似的双幻特性,但其结构与氧-22存在轻微的对称性破缺。

  研究团队表示,最新发表的这项研究,深化了人们对奇特原子核结构的认识,对理解原子核中核子之间相互作用、探索极端条件下原子核的存在边界具有重要意义。(完)

【编辑:黄钰涵】
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