原子核質量測量發現新質子幻數

科技日報訊 （記者頡滿斌）記者7月17日從中國科學院近代物理研究所獲悉，該所科研人員依託蘭州重離子加速器冷卻儲存環，首次精確測量了極缺中子原子核硅-22的質量，發現在硅-22中質子數14是一個新幻數。相關研究論文發表於國際期刊《物理評論快報》。

原子核由質子和中子構成。當原子核的質子數或中子數為2、8、20、28、50、82、126時，原子核會表現出相對穩定的性質，這些數字被稱為“幻數”。20世紀四五十年代，物理學家梅耶和簡森等提出了原子核的殼模型，成功解釋了幻數的形成機制，他們因此獲得1963年諾貝爾物理學獎。

近年來，隨着核物理研究向遠離穩定線的奇特原子核推進，人們在某些奇特原子核中發現了新幻數，例如中子數為14、16、32、34。然而這些新幻數幾乎都是中子幻數，新的質子幻數在實驗上鮮有報道。

此前，科學家發現在氧-22中，中子數14具有幻數特徵。根據核結構的鏡像對稱性，理論預言在氧-22的鏡像核硅-22中，質子數14也應該是一個幻數。硅-22是目前已知的極缺中子的硅同位素，由於其產生截面小、壽命短，在實驗中產生和測量均面臨較大挑戰，該理論預言一直未被實驗證實。

中國科學院近代物理研究所原子核質量測量研究團隊基於蘭州重離子加速器冷卻儲存環，利用改進後的磁剛度識別等時性質譜術，克服參考核極少的不利條件，成功測量了硅-22原子核的基態質量，並將團隊此前首次測量的硅-23質量的精度提高了近7倍。

基於新的質量數據，研究團隊揭示了新質子幻數14在硅-22中的存在，該結果得到了當前先進核理論模型計算的支持。他們進一步研究發現，雖然硅-22具有和氧-22相似的雙幻特性，但其結構與氧-22存在輕微的對稱性破缺。

該研究深化了人們對奇特原子核結構的認識，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。