研究揭示奇Z核中第二類殼演化現象

　　近日，蘭州重離子加速器冷卻儲存環（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，并依據實驗結果研究了奇Z（質子）核中的第二類殼演化現象。該成果以快速通訊（Rapid Communications）的形式發表在期刊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、中子數變化而演化。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，核子占據的組態發生變化，從而導致原子核殼層結構的變化。目前，實驗上發現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態，即同核異能態，其激發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，發現了A>101缺中子In同位素中的同核異能態，但數次嘗試在101In中尋找該態，都沒有成功。

　　由來自中國科學院近代物理研究所、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。101In成為最靠近質子滴線的相應核態已知的In同位素。

　　該實驗首次精確測量了101In中同核異能態和基態的質量，并給出其激發能。清晰鑒別該核態需要極高的分辨能力。科研人員運用儲存環內的狹縫技術，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象。In的奇A同位素基態和同核異能態都是單質子空穴態，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。結合已有實驗數據，科研人員發現In的奇A同位素中同核異能態的激發能基本不變。理論計算表明，形成這一現象的原因是，中子的1g7/2和2d5/2軌道非常接近，導致了非常強的中子組態混合。當101In同位素從基態激發到同核異能態時，質子、中子相互作用使基態和同核異能態中的中子g7/2和d5/2軌道發生了反轉，在同一個原子核中發生組態依賴的殼演化，即第二類殼演化。

　　該工作得到國家重點研發計劃、國家自然科學基金和中科院前沿科學重點研究項目等的支持。

　　圖：101In原子核從基態激發到同核異能態的示意圖。（徐星/圖）