滴线区原子核中大量奇特性质的研究，是核物理研究的前沿热点问题。近日，中国科学院近代物理研究所质量测量团队首次对极端缺中子原子核硅-22的质量进行精确测量，并发现在硅-22中质子数14是一个新幻数。相关成果于7月2日发表于物理学顶尖期刊《物理评论快报》(Physical Review Letters)。
我院核物理团队与中国科学院近代物理研究所奇特原子核结构理论团队合作，物理学专业博士生李坤昊利用当前先进核理论模型Gamow壳模型，对硅-22的结构性质作了大量计算，为实验新幻数结构的存在提供了有力支持。
原子核是由质子和中子构成的量子多体系统，当原子核的质子数或中子数为2、8、20、28、50、82、126时，原子核会表现相对稳定的性质，这些“奇特”数字被称为“幻数”。20世纪40年代，由物理学家梅耶(M. G. Mayer)和简森(J. H. D. Jensen)等人提出的原子核壳模型成功解释了幻数机制，并因此获得了1963年的诺贝尔物理学奖。而随着大科学装置的发展，核物理的研究逐渐向远离稳定线的滴线区推进，在这些滴线区的奇特核中发现了很多中子幻数（如14、16、32、34）等，但在质子侧的新幻数却寥寥无几。
硅-22（中子数为8，质子数为14）作为质子滴线核，拥有一个具有双幻结构的镜像核氧-22（中子数为14，质子数为8）。根据核结构的镜像对称性特征，质子数14是一个值得注意的质子幻数。由于滴线区原子核非常复杂的特征，对硅-22的理论计算是巨大的挑战，研究团队通过深入考虑连续谱效应，对硅-22/氧-22镜像核对分离能的精确计算，得到了硅-22具有大于零的双质子分离能，证实了实验测量的结果。同时，通过分别分析硅-22/氧-22镜像核质子与中子密度分布，进一步揭示了硅-22的质子分布比氧-22中的中子密度分布更延展。虽然硅-22具有和氧-22相似的双幻特性，但其结构与氧-22存在轻微的对称性破缺。此工作不仅为实验探索极端条件下核素图的边界提供指导，而且为深入理解原子核中奇特原子核性质，理解核子间相互作用具有重要意义。
图 Gamow壳模型计算硅-22/氧-22镜像核密度分布
论文DOI：https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/ffwt-n7yc
(物理学院 核物理团队)