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　　近日，蘭州重離子加速器冷卻儲存環(huán)（HIRFL-CSR）質量測量國際合作組首次觀測到缺中子核素¹⁰¹In的同核異能態(tài)，并依據(jù)實驗結果研究了奇Z（質子）核中的第二類殼演化現(xiàn)象。該成果以快速通訊（Rapid Communications）的形式發(fā)表在期刊Physical Review C上。 

　　原子核的殼模型是描述原子核結構的基本模型，其提出者因此獲得1963年諾貝爾物理學獎。原子核的殼演化研究是核物理領域的重要前沿方向。此前的研究大多集中于第一類殼演化，即原子核殼結構隨著質子數(shù)、中子數(shù)變化而演化。近年來，原子核理論學家提出了第二類殼演化:在同一個原子核中，隨著能量改變，核子占據(jù)的組態(tài)發(fā)生變化，從而導致原子核殼層結構的變化。目前，實驗上發(fā)現(xiàn)的第二類殼演化的事例很少，且都存在于豐中子的偶偶核內。 

　　奇A缺中子In同位素中存在長壽命的激發(fā)態(tài)，即同核異能態(tài)，其激發(fā)能反映出重要的核結構信息。此前，國際上多個實驗室開展了相關研究，發(fā)現(xiàn)了A>101缺中子In同位素中的同核異能態(tài)，但數(shù)次嘗試在¹⁰¹In中尋找該態(tài)，都沒有成功。 

　　由來自中科院近代物理所、德國重離子研究中心、日本理化學研究所等機構的科學家組成的質量測量國際合作組，基于蘭州重離子加速器冷卻儲存環(huán)大科學裝置，利用等時性質譜術，首次在¹⁰¹In中觀測到同核異能態(tài)。¹⁰¹In成為最靠近質子滴線的相應核態(tài)已知的In同位素。 

　　該實驗首次精確測量了¹⁰¹In中同核異能態(tài)和基態(tài)的質量，并給出其激發(fā)能。清晰鑒別該核態(tài)需要極高的分辨能力。科研人員運用儲存環(huán)內的狹縫技術，使等時性質量譜儀的分辨能力達到330000。這是國際上同類技術的最好水平，保證了實驗的順利開展。 

　　此項研究是首次在奇Z核中討論第二類殼演化現(xiàn)象。In的奇A同位素基態(tài)和同核異能態(tài)都是單質子空穴態(tài)，只是空穴位置不同，非常適合用來研究該質子空穴位置對于中子能級的影響。結合已有實驗數(shù)據(jù)，科研人員發(fā)現(xiàn)In的奇A同位素中同核異能態(tài)的激發(fā)能基本不變。理論計算表明，形成這一現(xiàn)象的原因是，中子的1g_7/2和2d_5/2軌道非常接近，導致了非常強的中子組態(tài)混合。當¹⁰¹In同位素從基態(tài)激發(fā)到同核異能態(tài)時，質子、中子相互作用使基態(tài)和同核異能態(tài)中的中子g_7/2和d_5/2軌道發(fā)生了反轉，在同一個原子核中發(fā)生組態(tài)依賴的殼演化，即第二類殼演化。

　　該工作得到了國家重點研發(fā)計劃、國家自然科學基金和中國科學院前沿科學重點研究等項目的支持。 

　　文章鏈接：https://journals.aps.org/prc/abstract/10.1103/PhysRevC.100.051303。 

圖1. ¹⁰¹In原子核從基態(tài)激發(fā)到同核異能態(tài)的示意圖。（徐星/圖） 

　　(儲存環(huán)物理室 供稿）