我国学者在不稳定原子核奇特结构研究方面取得进展
日期 2020-06-03  来源:数理科学部  作者:李会红 董国轩

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图1 大科学装置兰州重离子加速器(HIRFL)上采用的多粒子关联实验探测系统

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图2 16C的线性链状分子带成员的构型及其选择性衰变示意图

       在国家自然科学基金项目(批准号:11535004、11875073、11875074、11961141003)等资助下,北京大学叶沿林教授研究团队联合中国科学院近代物理研究所、湖州大学、哈尔滨工程大学、同济大学、日本北见工业大学和日本北海道大学合作团队,通过系统性实验观测和分析,发现了丰中子核16C中的线性链状分子结构,在不稳定原子核奇特结构研究中取得进展,。相关成果以“16C正宇称线性链状分子转动带(Positive-parity linear-chain molecular band in 16C)”为题,于2020年5月12日在《物理评论快报》(Physical Review Letters)上在线发表。论文链接:https://link.aps.org/doi/10.1103/PhysRevLett.124.192501。

  近20多年来,不稳定原子核在实验室中逐步产生,这些原子核表现出一系列新奇的结构和动力学性质,也带来新的应用前景。关于丰中子原子核的奇异线性链状分子结构的理论预言已有多年,但通过实验去发现却十分困难,因它需用多种证据相互印证。此前多个实验组在14C中观察到链状分子态的个别证据。

  本研究利用大科学装置兰州重离子加速器(HIRFL)上的每核子23.5 MeV的16C次级束流(图1),通过非弹性散射将16C激发到集团破裂阈值之上的高激发态,采用精密的零度粒子望远镜和多套大角度的探测器组合,精确测量三个末态粒子。通过全粒子能动量守恒关系逐事件推知入射粒子能量,首次在弹核碎裂型次级束实验中得到分辨率高的Q值谱,清晰识别出16C的选择性衰变路径。在分析过程中,采用特殊方法区分相邻硅微条信号的真假来源,极大提高了多重关联真实事件数。通过模型独立的角关联分析获得了分子转动带头号成员的自旋。

  本研究在实验上完整地确认了价中子处于π2σ2构型的正宇称线性链状分子转动带的四个成员:16.5 MeV(0+)、17.3 MeV(2+)、19.4 MeV(4+)和21.6 MeV(6+)(图2),完成了该结构研究的一项跨越。此外,实验还观察到一个可能的纯σ4构型分子态(27.2 MeV),为后续实验提供了指引方向。