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近日，中國科學(xué)院近代物理研究所科研人員等依托蘭州重離子加速器冷卻儲存環(huán)，首次精確測量了極缺中子原子核硅-22的質(zhì)量，發(fā)現(xiàn)在硅-22中質(zhì)子數(shù)14是一個新幻數(shù)。

原子核由質(zhì)子和中子構(gòu)成。當(dāng)原子核的質(zhì)子數(shù)或中子數(shù)為2、8、20、28、50、82、126時，原子核表現(xiàn)出相對穩(wěn)定的性質(zhì)。這些數(shù)字被稱為幻數(shù)。

近年來，隨著核物理研究向遠(yuǎn)離穩(wěn)定線的奇特原子核推進(jìn)，研究人員在某些奇特核中發(fā)現(xiàn)了新幻數(shù)。但是，這些新幻數(shù)幾乎都是中子幻數(shù)，新的質(zhì)子幻數(shù)在實(shí)驗(yàn)上鮮有報(bào)道。

此前，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)在氧-22中，中子數(shù)14具有“幻數(shù)”特征。根據(jù)核結(jié)構(gòu)的鏡像對稱性，理論預(yù)言，在氧-22的鏡像核硅-22中，質(zhì)子數(shù)14應(yīng)是一個幻數(shù)。硅-22是目前已知的最缺中子的硅同位素，因其產(chǎn)生截面小、壽命短，在實(shí)驗(yàn)中產(chǎn)生和測量均面臨較大挑戰(zhàn)，該理論預(yù)言未被實(shí)驗(yàn)證實(shí)。

研究團(tuán)隊(duì)基于蘭州重離子加速器冷卻儲存環(huán)，利用改進(jìn)后的磁剛度識別等時性質(zhì)譜術(shù)，克服參考核極少的不利條件，測量了硅-22原子核的基態(tài)質(zhì)量，并將團(tuán)隊(duì)此前首次測量的硅-23質(zhì)量的精度提高了近7倍。

基于新的質(zhì)量數(shù)據(jù)，該研究揭示了新質(zhì)子幻數(shù)14在硅-22中出現(xiàn)。同時，該結(jié)果得到當(dāng)前先進(jìn)核理論模型計(jì)算的支持。進(jìn)一步，研究發(fā)現(xiàn)，硅-22具有和氧-22相似的雙幻特性，但其結(jié)構(gòu)與氧-22存在輕微的對稱性破缺。

上述研究深化了科研人員對奇特原子核結(jié)構(gòu)的認(rèn)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。

7月2日，相關(guān)研究成果發(fā)表在《物理評論快報(bào)》（Physical Review Letters）上。研究工作得到國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、國家自然科學(xué)基金、中國科學(xué)院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項(xiàng)（B類）等的支持。該工作由近代物理所和意大利國家核物理研究院合作完成。

論文鏈接

硅-22及其鏡像核氧-22結(jié)構(gòu)示意圖。研究通過硅-22的質(zhì)量測量并結(jié)合理論計(jì)算發(fā)現(xiàn)，硅-22具有與氧-22相似的雙幻結(jié)構(gòu)，但同時存在輕微的對稱破缺，具有更外延的質(zhì)子空間分布。