科研人員建立了α衰變中α粒子形成幾率的全新模型
原子核的α衰變是重核和超重核的一種主要衰變模式，在現(xiàn)今超重核的研究以及新元素和新核素的鑒別中發(fā)揮著至關重要的作用。早在1928年，Gamov等人利用量子力學隧穿效應對其進行了成功的解釋，成為當時支持量子力學統(tǒng)計詮釋的一條重要證據(jù)。然而，目前科學家們?nèi)圆煌耆宄?/span>α粒子在母核中如何形成以及如何準確地計算其形成幾率，這導致了α衰變半衰期不能被精確計算。這個著名難題吸引了很多理論核物理學家的長期關注。
經(jīng)過十余年堅持不懈的努力，中國科學院近代物理研究所科研人員及其國內(nèi)合作者另辟蹊徑，建立了全新且微觀的α粒子形成幾率模型——多步模型。研究成果于近日發(fā)表在Physics Letters B上。
與以往任何模型的物理圖像所不同的是，該模型認為母核首先躍遷到中間態(tài)，中間態(tài)再躍遷到子核+(2n-2p)態(tài)，然后兩質子和兩中子在核表面自發(fā)裝配形成α粒子（如圖1所示）。
中間態(tài)有各種不同的構型，相應地存在很多形成α粒子的通路，最終需要將不同通路的貢獻求和?；诔跄B(tài)波函數(shù)的重疊，科研人員推導了子核的形成幾率，假定α粒子的形成幾率與子核的形成幾率相同，給出了α粒子形成幾率Sα的表達式。在不引入任何可調參數(shù)的情況下，科研人員對球形或近球形的Po、Rn、Ra等典型的α衰變同位素進行了計算(這些核的α衰變分支比幾乎為100%，且半衰期均已被實驗上準確測量，同時也不涉及衰變到轉動末態(tài)的問題，是檢驗理論模型的最佳對象)。科研人員所使用的方法沒有假定α粒子預先存在于母核中，也不涉及α粒子的波函數(shù)或局域化的密度分布，因此與前人提出的殼模型方法或BCS方法有本質不同。
圖1：多步模型物理圖像 （董建敏/圖）
由于實驗上不能直接測量α形成幾率，因此計算結果無法直接與實驗比較。為了展示此新方法的合理性，研究人員做了以下探索：首先，將計算的典型核的α形成幾率Sα放入常用的半衰期公式進行擬合，發(fā)現(xiàn)理論和實驗的平均偏差僅在20%，相比于不引入Sα(平均偏差在200%)有了非常顯著的改善；然后，利用實驗測量的半衰期結合理論計算的位壘穿透幾率來提取形成幾率，發(fā)現(xiàn)與新模型計算的結果展現(xiàn)出完全一致的趨勢（如圖2所示）。這些結果都表明了該方法的合理性。
圖2：多步模型計算的形成幾率與提取的形成幾率的比較 （董建敏/圖）
研究人員還對若干超重核α形成幾率進行了計算，結合已有衰變能和半衰期實驗數(shù)據(jù)，分析指出超重核區(qū)質子幻數(shù)可能出現(xiàn)在Z=120。此外，由于α形成幾率敏感地依賴于對關聯(lián)，此模型還為提取N≈Z原子核的質子—中子對關聯(lián)信息提供了一種獨特的渠道。
這項工作提出了預言重核和超重核α衰變性質的新思路，建立了相應的理論模型，對于超重核合成和結構研究均具有重要意義。
該工作得到了中國科學院戰(zhàn)略性科技先導專項（B類）、國家自然科學基金、中國科學院青年創(chuàng)新促進會等項目的支持。
文章鏈接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0370269321000034?via%3Dihub
（理論物理室 供稿）
|
甘公網(wǎng)安備 62010202000713號
