原子核质量精确测量揭示质子晕结构

5日从中国科学院近代物理研究所获悉，该所科研人员精确测量了一批奇特原子核的质量，确定了铝、磷、硫和氩元素的质子滴线，并提出了一种基于原子核质量揭示质子晕结构的新方法。相关成果近期发表在《物理评论快报》上。

原子核是由质子和中子组成的量子多体系统，一般相邻原子核的半径都很接近。晕是弱束缚原子核中的奇异核结构，表现为一个或多个价核子在空间分布上出现很长的拖尾，使得该原子核的半径显著大于邻近原子核。在此前的实验研究中，中子晕发现较多，而质子晕发现较少，这是因为库仑势垒的存在限制了质子晕结构的形成，使得在实验中指认质子晕核异常困难。

利用兰州重离子加速器冷却储存环，研究团队使用首创的“磁刚度识别等时性质谱术”，首次精确测量了硅-23、磷-26、硫-27和氩-31的原子核质量，并将硫-28的质量精度提高了11倍。利用新的原子核质量数据，研究团队确定了铝、磷、硫和氩元素的质子滴线。

研究团队还基于新测质量提取了镜像能差，在一些（近）质子滴线核中发现了同位旋对称性破缺。研究认为，其物理原因是这些（近）质子滴线核中可能存在质子晕结构，该结论得到了相关理论计算的支持。

研究团队基于该方法的分析，支持磷-26、磷-27，硫-27、硫-28等质子晕候选核中存在质子晕，同时首次提出氩-31是一个双质子晕核，澄清了基态的铝-22不是一个质子晕核等，为未来开展质子晕核相关实验和理论研究指明了方向。

该研究明确提出，仅与原子核质量相关的镜像能差可作为探测同位旋对称性破缺、揭示质子晕结构的灵敏探针，这将有望促进相关问题的进一步研究。