通过相互作用的局部禁闭, 自然界形成了精彩纷呈的层次结构。这种现象出现在星体分布的宇观世界, 也出现在分子、原子、原子核、强子等聚集的微观世界。最近北京大学的一项研究揭示了¹³C原子核中的亚层次集团结构图像。

图1  ¹³C的3α+n四体结构示意图

 相关的论文题为“Enhanced monopole transition strength from the cluster decay of ¹³C”, 发表在SCIENCE CHINA Physics, Mechanics & Astronomy 2019年第62卷第1期。文章由北京大学叶沿林教授担任通讯作者撰写。图1示意¹³C原子核中的集团结构及其与价中子的组合形式。

原子核是典型的复杂量子有限多体系统, 多种结构自由度交织。稳定原子核基态主要表现为独立核子在平均场里的运动, 而核子集团结构往往出现在分离阈附近的激发态中, 这时在实验上比较容易观测到增强的集团衰变。近20-30年来, 随着放射性束流产生和分离装置的发展, 实验室可以大量提供不稳定原子核样本。不稳定原子核结构相对松散, 受连续态影响大, 从而更容易形成集团或分子态结构, 这成为新的研究热点。集团结构对于认识宇宙天体环境中元素的合成也具有直接的作用。

 北京大学核物理实验组的研究人员在中国原子能科学院的串列加速器上开展了¹³C在9Be靶上的非弹散射实验, 束流能量65 MeV, 符合测量了¹³C的集团衰变。在测量和数据处理中, 克服了特别薄的双面硅微条探测器厚度不均匀性的影响, 修正了长时间测量中的系统不稳定性, 采用反应Q值和多重关联等排除干扰反应过程。最后通过不变质量法成功重建了¹³C的一系列共振激发态。将实验测得的14.3 MeV激发态的微分截面与理论计算比较, 确定了该态自旋宇称为1/2^-, 并从中提取出很大的单极跃迁强度。与理论预言相结合, 识别了¹³C中的集团结构。

本工作以¹³C为研究对象, 管中窥豹, 揭示了原子核中核子间的少体关联和亚层次结构。这对于理解短程相互作用的局域屏蔽并形成新的较弱的外部剩余相互作用, 提供了独特的视角。特别是在奇A核中集团结构的出现, 提供了分子组态和类似化学键作用的有趣样本。

FENG Jun, YE Yanlin, YANG Biao et al., Enhanced monopole transition strength from the cluster decay of ¹³C, SCIENCE CHINA Physics, Mechanics & Astronomy, 2019, Vol. 62, No. 1: 012011

http://engine.scichina.com/doi/10.1007/s11433-018-9258-7

https://link.springer.com/article/10.1007/s11433-018-9258-7

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