作者:道恩·利维，橡树岭国家实验室 ORNL物理学家米奇·奥尔蒙德通过建立模型和进行实验来了解原子核的可能形状
荣誉:卡洛斯·琼斯/美国橡树岭国家实验室
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能量的 在能源部橡树岭国家实验室的物理部门，詹姆斯(“米奇”)奥尔蒙德进行实验，并使用理论模型来促进我们对原子核结构的理解，原子核是由质子和中子(核子)的各种组合组成的
奥尔蒙德说:“我专注于描述核子是如何组织的，以及从这些组织中会出现什么样的模式。”
化学家根据原子中包含的质子数来组织原子元素，这决定了电子的轨道和化学反应性，而像奥尔蒙德这样的物理学家则根据原子核中质子和中子的数量来组织原子核
在原子核内，每个核子都遵循由其他核子产生的“平均场”
质子和中子各自组成不同能级的壳层，就像电子一样
在物理定律允许的情况下，加入新原子核的核子在未填充的壳层中降到最低能量
核子之间的剩余相互作用可以驱动原子核从球形到变形的形状
集体行为 当炮弹装满时，核子的运动受到限制，就像乘客站在拥挤的公共汽车上一样
当壳层不满时，核子可以更自由地移动，聚集在一起，开始集体行动
奥尔蒙德经常将原子核建模为一个整体——一个沿着三个轴旋转的液滴——并进行精确测量来测试他的模型
如果所有轴的长度都相同，那么原子核的形状就像篮球；它的外壳充满了核子
如果一个轴比另外两个等轴长，则原子核变形为美式足球的形状；它的外壳只是部分填充
如果三个轴的长度都不一样，结果就是一个三轴转子，形状像一个瘪了的足球
后一种形式的证据仍然很少，并且存在争议
奥尔蒙德经常去伊利诺伊州的阿尔贡国家实验室进行阿尔贡串列加速器系统的实验
在那里，他在加州稀有同位素增殖升级(CARIBU)设施使用放射性束和最先进的粒子和伽马射线探测器，研究在ORNL高通量同位素反应堆制造的富含中子的加州-252裂变产物
有了CARIBU，奥尔蒙德可以加速放射性同位素，并通过库仑激发来研究它，库仑激发是一种在纯电磁相互作用中碰撞原子核的技术，允许与模型无关的形状测量。
奥尔蒙德想了解什么形状是可能的
奥尔蒙德研究核子之间的相互作用，这种相互作用可以将原子核从球形变成变形的形状
荣誉:卡洛斯·琼斯/美国橡树岭国家实验室
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能量的 大多数以前的研究都是在锇和铂核中寻找三轴变形，这两个核是泄气足球形态的最佳天然候选者
奥尔蒙德观察了放射性束中钌和钼的外来同位素的变形，发现它们也显示出异常的形状——尽管核子的质量和数量有很大的不同
“也许所有的原子核都有一定程度的三轴变形，”他假设
“它改变了我们的一般理解，并影响了对更高激发态的期望，这些激发态在实验上很难达到和探测到
“例如，如果三个轴都不一样，原子核就会摆动，表现出主导理论通常无法解释的自由度运动
此外，奥尔蒙德说，“不考虑三轴变形的核模型将无法准确预测质量和寿命等基态性质
这影响了像r过程核合成这样的现象，它决定了元素的天然丰度
他补充道，“除此之外，它还会影响核反应堆内计算出的衰变热。”
必须计算缺失的数据，这些计算结果只有你的模型好
" 从捕鱼到裂变 奥尔蒙德和两个姐妹在佐治亚州的一个纯种马农场长大
他的父亲是药剂师，母亲是护士
“我实验的一部分是小时候在农场里发展起来的，不得不快速而肮脏地装备东西——乡巴佬工程——无论是修理电网、保持马槽充满水的水泵，还是坏了的拖拉机或割草机引擎
要做的事情太多了，以至于你不会纠结于让一切都变得完美；他回忆道:“你只要确保它有效就行了。”
“收益递减规律有助于物理学，知道你何时实现了目标
" 奥尔蒙德很喜欢和他的父亲一起深海捕鱼和潜水，所以他考虑从事海洋生物学的职业
然而，该专业最好的大学在一个小镇，奥尔蒙德准备体验一个大城市
“我选择了亚特兰大——还有佐治亚理工学院，”他说
在那里读大二时，他从约翰·伍德学了物理
“在我看来，就耐心和热情以及他交流的方式而言，他是那里最好的教授，所以我觉得核物理是我最好的选择
" 奥尔蒙德做了一个必修的本科研究项目，与伍德一起研究铒-166的形状，并继续攻读博士学位
之后，他开始在里士满大学与核结构专家康·博桑进行博士后研究，后者与劳伦斯·伯克利国家实验室合作，并于2007年将奥尔蒙德送到那里，在88英寸回旋加速器上做实验
在加州，奥尔蒙德遇到了ORNL的大卫·拉德福德，他是世界著名的伽马射线探测器专家，后来他向奥尔蒙德提供了博士后奖学金
他还遇到了一位将成为他妻子的艺术家
2010年，这对夫妇搬到了田纳西州，最近在橡树岭附近买了一栋房子
如果他想骑马、钓鱼或修理东西，他家的农场只有5个小时的路程
奥尔蒙德在寻找钌和钼的外来同位素变形时，发现它们呈现出缩小的足球形态
荣誉:卡洛斯·琼斯/美国橡树岭国家实验室
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能量的 未来事物的形状 奥尔蒙德于2014年成为ORNL的一名员工科学家
他当地的橡树岭研究集中在质子或中子数量“神奇”的球形原子核上
也就是说，这些原子核充满了质子和/或中子壳层
如果质子和中子壳层都被填满，物理学家说原子核是“双重魔法”
" 奥尔蒙德利用来自ORNL现已关闭的霍利菲尔德放射性离子束设备的放射性离子束和一个名为“光球-克拉里昂”的探测器阵列来研究双魔tin-132
他还领导了一项研究，在完全关闭的质子和中子壳层上增加了两个中子和两个质子
“我们发现这两个中子似乎在表演，”他说，根据核子的集体运动和它的原子核轻微变形的形状
他现在与物理学家同事高特·哈根合作预测原子核的形状
哈根使用橡树岭领导计算设施的峰会超级计算机根据第一原则进行计算
奥尔蒙德说:“我能测量的和他能计算的都有局限性。”
每一个都有助于基本的理解，这将影响未来发现的形态
奥尔蒙德目前期待美国能源部的稀有同位素束设施(FRIB)，在密歇根州立大学建设中，预计在2022年开始运行
他是FRIB仪器开发的领导者，特别是FRIB衰变站，由ORNL和诺克斯维尔的田纳西大学领导
这个探测器系统将用于研究奇异原子核的衰变性质和结构，它的独特之处在于，在运行的第一天，它将为在原子核存在的极限上进行的发现实验做出重要贡献
它将对我们理解核结构、核天体物理学、基本对称性和重要应用的同位素产生变革性的影响
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