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        1. 近代物理所合成新核素214U并發現α粒子形成幾率顯著增強效應

            

            中科院近代物理研究所的科研人員及合作者日前首次合成新核素214U,并在重核區首次發現強的質子-中子相互作用導致α衰變中α粒子形成幾率顯著增強的現象。相關成果于414日以亮點文章編輯推薦Editors’ Suggestion)的形式發表于國際頂級物理學期刊Physical Review Letters上,被《NATURE》和美國物理學會的Physics雜志在線報道。

            尋找和合成極端條件下的原子核是當前核物理研究的重要課題。α衰變是重核區原子核的普遍衰變模式。因此,α衰變譜學不僅是用來鑒別重核和超重核素的有利工具,也是研究原子核結構信息的有效方法。 

            質子-中子相互作用作為一種重要的核子-核子相互作用,對理解遠離穩定線原子核的核結構性質起著至關重要的作用,是原子核殼結構演化、集體性和形狀變化的主要驅動力。近幾十年來,人們在輕核區發現的原子核幻數產生或消失的現象大多數都與質子-中子相互作用息息相關。然而,在重核區,尤其是在中子殼N = 126附近的輕錒系核區,關于質子-中子相互作用導致原子核結構變化的實驗證據還非常有限。 

            

            1:214,216U中質子-中子相互作用導致α粒子形成幾率增強的示意圖(張志遠/圖) 

            來自中科院近代物理所等單位的科研人員,利用蘭州重離子加速器的充氣反沖核譜儀SHANS裝置,在N = 126附近的輕錒系核區首次合成了新核素214U,并同時精確測量了216,218Uα衰變性質。其中,新核素214U僅觀察到兩條α衰變鏈,其核反應的產生截面僅為10pb,是目前SHANS譜儀上合成的新核素中反應截面最低的原子核,也是目前發現的最輕的鈾同位素。 

            根據新測量的實驗數據,科研人員首次在重核區發現了強的質子-中子相互作用導致α衰變中α粒子預形成幾率顯著增強的現象。研究人員提取了偶偶核α衰變約化寬度的物理量,并研究了Po-Pu核區α衰變約化寬度的系統性。研究發現,質子-中子相互作用在N < 126偶偶核α衰變中起著關鍵作用:相互作用越強,約化衰變寬度也越大,因此α粒子的預形成幾率也越大。 

            研究還發現,214,216Uα衰變寬度明顯偏離了系統性趨勢,大約是已知Po-Th核素衰變寬度的兩倍。在大規模殼模型理論計算的支持下,這種奇特的α衰變寬度增強效應被成功地解釋為占據π1f7/2軌道的價質子和占據ν1f5/2軌道的價中子間相互作用突然增強的結果。 

            該實驗現象的發現也預示著在極端缺中子的超鈾核區(Z > 92, N < 126)存在類似的效應,將促進人們對原子核α衰變過程中α粒子預形成物理機制的更深入理解。 

              

              

            圖2:實驗測量的新核素214U的兩條α衰變鏈。(圖源:PRL) 

              

            圖3:Po-Pu偶偶核約化α衰變寬度隨中子數(a)和NpNn值(b)變化的系統性,圖中實心圓點表示本工作中提取的214,216,218U的α衰變寬度。NpNn分別代表原子核中價質子和價中子的數目,它們的乘積一般用來衡量質子-中子相互作用的強度。(圖源/PRL) 

            該研究主要由中科院近代物理所核物理中心新核素合成團隊負責,聯合同濟大學、中科院理論物理所、中山大學、瑞典皇家理工學院、英國約克大學、北京大學、廣西師范大學、南京航空航天大學、山東大學、遼寧師范大學等國內外11家單位共同完成。  

            研究工作得到了中國科學院B類先導科技專項、國家重點研發計劃、國家自然科學基金項目、中國科學院前沿科學重點研究項目、廣西自然科學基金項目、中科院青年創新促進會以及英國科學技術裝置委員會等項目的支持。

            文章鏈接:https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.126.152502 

            Physics雜志報道鏈接:https://physics.aps.org/articles/v14/s43 

           ?。ǔ睾伺c核結構室  供稿)

            

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