HIRFL-CSR质量测量合作组揭示奇Z核中第二类壳演化现象

  

  近日,兰州重离子加速器冷却储存环(HIRFL-CSR)质量测量国际合作组首次观测到缺中子核素101In的同核异能态,并依据实验结果研究了奇Z(质子)核中的第二类壳演化现象。该成果以快速通讯(Rapid Communications)的形式发表在期刊Physical Review C上。 

  原子核的壳模型是描述原子核结构的基本模型,其提出者因此获得1963年诺贝尔物理学奖。原子核的壳演化研究是核物理领域的重要前沿方向。此前的研究大多集中于第一类壳演化,即原子核壳结构随着质子数、中子数变化而演化。近年来,原子核理论学家提出了第二类壳演化:在同一个原子核中,随着能量改变,核子占据的组态发生变化,从而导致原子核壳层结构的变化。目前,实验上发现的第二类壳演化的事例很少,且都存在于丰中子的偶偶核内。 

  奇A缺中子In同位素中存在长寿命的激发态,即同核异能态,其激发能反映出重要的核结构信息。此前,国际上多个实验室开展了相关研究,发现了A>101缺中子In同位素中的同核异能态,但数次尝试在101In中寻找该态,都没有成功。 

  由来自中科院龙8国际官网、德国重离子研究中心、日本理化学研究所等机构的科学家组成的质量测量国际合作组,基于兰州重离子加速器冷却储存环大科学装置,利用等时性质谱术,首次在101In中观测到同核异能态。101In成为最靠近质子滴线的相应核态已知的In同位素。 

  该实验首次精确测量了101In中同核异能态和基态的质量,并给出其激发能。清晰鉴别该核态需要极高的分辨能力。科研人员运用储存环内的狭缝技术,使等时性质量谱仪的分辨能力达到330000。这是国际上同类技术的最好水平,保证了实验的顺利开展。 

  此项研究是首次在奇Z核中讨论第二类壳演化现象。In的奇A同位素基态和同核异能态都是单质子空穴态,只是空穴位置不同,非常适合用来研究该质子空穴位置对于中子能级的影响。结合已有实验数据,科研人员发现In的奇A同位素中同核异能态的激发能基本不变。理论计算表明,形成这一现象的原因是,中子的1g7/2和2d5/2轨道非常接近,导致了非常强的中子组态混合。当101In同位素从基态激发到同核异能态时,质子、中子相互作用使基态和同核异能态中的中子g7/2和d5/2轨道发生了反转,在同一个原子核中发生组态依赖的壳演化,即第二类壳演化。

  该工作得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金和中国科学院前沿科学重点研究等项目的支持。 

  文章链接:https://journals.aps.org/prc/abstract/10.1103/PhysRevC.100.051303 

  

图1. 101In原子核从基态激发到同核异能态的示意图。(徐星/图) 

  (储存环物理室 供稿)