近日，山東大學(xué)能源與動(dòng)力工程學(xué)院教授王守宇團(tuán)隊(duì)與國內(nèi)外同行合作，發(fā)現(xiàn)原子核一種新的運(yùn)動(dòng)模式——手征搖擺，及其存在的實(shí)驗(yàn)證據(jù)。此成果發(fā)表在《物理評(píng)論快報(bào)》上。
形狀是原子核最基本的性質(zhì)之一，原子核通常具有球形、或者偏離球形的軸對(duì)稱橢球形狀。而對(duì)于原子核是否能夠具有非軸對(duì)稱的三軸形變，科學(xué)家們爭論了幾十年。直到2001年，原子核手征帶和搖擺帶的分別被實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，為原子核存在三軸形變提供了直接的實(shí)驗(yàn)證據(jù)。隨之而來，另一重要科學(xué)問題浮出水面，原子核的手征和搖擺運(yùn)動(dòng)模式在同一個(gè)原子核是否能夠共存？這個(gè)問題至今仍是個(gè)“謎”，二十多年來一直沒有實(shí)驗(yàn)探索成功。
為尋找兩種模式可能的共存，王守宇團(tuán)隊(duì)進(jìn)行了深入的調(diào)研，并設(shè)計(jì)了最終實(shí)驗(yàn)方案。實(shí)驗(yàn)完成于南非iThemba國家實(shí)驗(yàn)室的在束伽馬終端，利用加速器加速的束流能量為62兆電子伏的19F，轟擊高純度的58鎳靶材布居了原子核74Br的中高自旋態(tài)。實(shí)驗(yàn)采用薄靶和厚金襯的設(shè)計(jì)來實(shí)現(xiàn)高自旋態(tài)能級(jí)壽命的測(cè)量，同時(shí)利用8個(gè)分布在90°和135°的探測(cè)器進(jìn)行伽馬躍遷角分布和線性極化的測(cè)量，實(shí)現(xiàn)了伽馬躍遷的多極性、類型、混合比和躍遷幾率等重要物理量的全方位測(cè)量。該實(shí)驗(yàn)共獲得了約35億個(gè)伽馬兩重符合事件。
經(jīng)過細(xì)致、漫長的數(shù)據(jù)分析，在原子核74Br中觀測(cè)到三條正宇稱轉(zhuǎn)動(dòng)帶。基于實(shí)驗(yàn)壽命，測(cè)量提取了伽馬躍遷的絕對(duì)躍遷幾率，聯(lián)立角分布和線極化測(cè)量結(jié)果，提取了部分混合躍遷的成分。
通過將實(shí)驗(yàn)測(cè)量結(jié)果和手征帶、搖擺帶的實(shí)驗(yàn)判據(jù)以及量子化的粒子轉(zhuǎn)子模型計(jì)算結(jié)果的對(duì)比，第二條和第三條帶被分別指定為暈帶的手征伙伴帶和一聲子搖擺激發(fā)帶。
這是在核系統(tǒng)中第一次觀測(cè)到兩種三軸形變的直接實(shí)驗(yàn)證據(jù)在同一組態(tài)下的共存，表明原子核的手征對(duì)稱幾何可以魯棒搖擺激發(fā)。
這個(gè)工作也首次將原子核搖擺激發(fā)模式存在的區(qū)域拓展到了質(zhì)量數(shù)約為80的核區(qū)和奇奇核中，提供了獨(dú)特的例子來研究原子核中手性和搖擺運(yùn)動(dòng)模式的相互影響，展示了原子核角動(dòng)量耦合模式的多樣性和復(fù)雜性。
王守宇為文章通訊作者，博士生郭睿巨為第一作者，山東大學(xué)為第一作者和通訊作者單位。該研究得到了國家自然科學(xué)基金杰青項(xiàng)目、面上項(xiàng)目，山東省自然科學(xué)基金重大項(xiàng)目，山東大學(xué)（威海）青年學(xué)者獎(jiǎng)勵(lì)計(jì)劃和南非國家研究基金的支持。
論文相關(guān)信息：
https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.132.092501
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