近期，中國科學(xué)院近代物理研究所等機(jī)構(gòu)的科研人員對(duì)近年來熱門的原子核低自旋搖擺現(xiàn)象的研究提出質(zhì)疑。新的研究表明，原子核的搖擺運(yùn)動(dòng)并不適用于低自旋區(qū)域，為解釋相關(guān)結(jié)構(gòu)需要在更多的理論和實(shí)驗(yàn)工作基礎(chǔ)上探索適合的模型。該研究發(fā)表在Physics Letters B上。

上世紀(jì)六十年代，科學(xué)家提出原子核的轉(zhuǎn)動(dòng)方向有可能沿一個(gè)主軸進(jìn)動(dòng)。隨后，諾貝爾獎(jiǎng)得主Bohr和Mottelson將穩(wěn)定三軸形變?cè)雍说倪M(jìn)動(dòng)近似為轉(zhuǎn)動(dòng)和簡(jiǎn)諧振動(dòng)的疊加，用搖擺運(yùn)動(dòng)（wobbling motion）加以描述。本世紀(jì)之初，實(shí)驗(yàn)報(bào)道了存在于¹⁶³Lu高自旋區(qū)域的第一例搖擺帶，隨后科學(xué)家們又發(fā)現(xiàn)了一系列相似的搖擺帶結(jié)構(gòu)。近期，多篇研究分別報(bào)道了在¹³⁵Pr、¹⁰⁵Pd、¹³³La、¹²⁷Xe、^183,187Au與¹³³Ba中觀測(cè)到位于低自旋區(qū)域的搖擺帶，在核結(jié)構(gòu)研究領(lǐng)域引起熱切關(guān)注。

然而，近代物理所等機(jī)構(gòu)的科研人員對(duì)這些工作提出了質(zhì)疑。他們認(rèn)為，搖擺運(yùn)動(dòng)基于簡(jiǎn)諧振動(dòng)近似，相應(yīng)的近似條件是原子核的總角動(dòng)量主要分布在一個(gè)主軸上，另外兩個(gè)主軸上的分量遠(yuǎn)小于總角動(dòng)量。而在低自旋區(qū)域，該條件無法滿足。通過進(jìn)一步分析，研究者們發(fā)現(xiàn)相關(guān)文章的實(shí)驗(yàn)證據(jù)不充分，理論分析也不全面，因而無法排除其它可能的解釋。

圖：原子核進(jìn)動(dòng)示意圖。上面兩幅圖表示正常轉(zhuǎn)動(dòng)，下面兩幅圖表示進(jìn)動(dòng)。左側(cè)代表高自旋區(qū)域，這時(shí)藍(lán)色箭頭表示的集體轉(zhuǎn)動(dòng)角動(dòng)量接近主軸，可以近似為簡(jiǎn)諧振動(dòng)和繞主軸轉(zhuǎn)動(dòng)的疊加；右側(cè)代表低自旋區(qū)域，這時(shí)集體轉(zhuǎn)動(dòng)角動(dòng)量與主軸夾角很大，不能做這種近似。（郭松/圖）

為進(jìn)一步鑒別之前的實(shí)驗(yàn)報(bào)道，研究者們基于蘭州重離子加速器裝置（HIRFL）的次級(jí)束流線終端（RIBLL）和大型γ探測(cè)陣列，對(duì)¹⁸⁷Au的激發(fā)態(tài)開展了包含角分布與線性極化測(cè)量在內(nèi)的在束γ譜學(xué)研究。對(duì)于該核素，美國圣母大學(xué)一個(gè)研究組利用GAMMASPHERE陣列開展了角分布測(cè)量，推斷在該核素中存在一個(gè)低自旋搖擺帶，相關(guān)工作發(fā)表在Physic Review Letters上。作為國際頂尖的探測(cè)陣列，GAMMASPHERE的探測(cè)能力非常優(yōu)異，但它完全由同軸型高純鍺探測(cè)器組成，無法開展線性極化測(cè)量。

在這項(xiàng)在蘭州開展的驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)中，研究者們?cè)谂c束流方向垂直的平面上放置了8臺(tái)Clover探測(cè)器，能夠同時(shí)測(cè)量角分布和線性極化兩方面的實(shí)驗(yàn)信息，從而唯一地提取電磁躍遷成分的比例（電成分的增強(qiáng)被認(rèn)為是判斷搖擺帶的關(guān)鍵依據(jù)）。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，此前在¹⁸⁷Au中報(bào)道的搖擺帶只是由于單粒子激發(fā)所產(chǎn)生的常規(guī)轉(zhuǎn)動(dòng)帶。

該實(shí)驗(yàn)研究基本排除了搖擺運(yùn)動(dòng)在低自旋區(qū)域的適用性。在該方向，尋找更適合低自旋區(qū)域的物理模型將成為下一個(gè)重點(diǎn)問題，為此需要開展更多實(shí)驗(yàn)以獲得可靠的測(cè)量結(jié)果。

該工作得到了中國科學(xué)院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項(xiàng)、國家重點(diǎn)研究發(fā)展計(jì)劃、國家自然科學(xué)基金等項(xiàng)目的支持。

文章鏈接：https://doi.org/10.1016/j.physletb.2022.137010

（超重核與核結(jié)構(gòu)室 供稿）

標(biāo)簽： 搖擺運(yùn)動(dòng) 低自旋區(qū)域