波兰科学院核物理研究所 镍-64核的形变景观
扁长形、扁圆形局部极小值和主球形极小值分别由红色、绿色和蓝色椭球表示
(资料来源:IFJ·潘) 直到最近，科学家们还认为，只有非常大质量的原子核才能激发出稳定性增强的零自旋态，并具有显著变形的形状
与此同时，来自罗马尼亚、法国、意大利、美国和波兰的一个国际研究小组在他们的最新文章中表明，这种状态也存在于轻得多的镍核中
在这些实验中使用的理论模型的积极验证允许描述在地球实验室中不可用的原子核的特性
99以上
原子质量的9%来自原子核，其体积比整个原子的体积小一万亿倍以上
因此，原子核的密度惊人，约为每立方厘米1.5亿吨
这意味着一汤匙核物质的重量几乎相当于一立方千米的水
尽管原子核的体积非常小，密度惊人，但它们是由质子和中子组成的复杂结构
人们可能会认为这样密度极高的物体总是呈球形
然而在现实中，情况完全不同:大多数原子核都变形了——它们同时沿着一个甚至两个轴呈现扁平或拉长的形状
为了找到一个给定原子核的最喜欢的形式，习惯上要构造一个势能为变形函数的景观
人们可以通过绘制一张以平面坐标为变形参数的地图，即
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沿着两个轴伸长或变平的程度，而颜色表示将原子核变成给定形状所需的能量
这样的地图完全类似于山区地形的地理地图
如果一个原子核在核反应中形成，它会出现在风景的某一点——它会发生特定的变形
然后它开始向最低能量点(稳定变形)滑动(改变变形)
然而，在某些情况下，在达到基态之前，它可能会在某个局部最小值处停止一段时间，这是一个陷阱，对应于亚稳态变形
这非常类似于在山区某个特定位置涌出并向下流动的水
在到达最低的山谷之前，它可能会被困在当地的洼地一段时间
如果一条小溪把当地的洼地连接到风景的最低点，水就会流下来
如果洼地被很好地隔离，水将在那里停留很长时间
实验表明，自旋为零时核形变景观中的局部最小值只存在于原子数大于89(锕)且质子和中子总数远高于200的大质量核中
这种原子核可以在亚稳态变形时被捕获在这些次极小值中，时间甚至比达到基态所需的时间长几千万倍，而不会被陷阱减慢
直到几年前，在较轻元素的原子核中还从未观察到与亚稳态形变相关的激发态零自旋态
几年前，情况发生了变化，在镍-66中发现了一种以稳定性增强为特征的大变形状态，这种状态的原子核中有28个质子和38个中子
这一发现是由东京大学理论家用复杂的蒙特卡罗壳模型进行的计算激发的，该模型预测了这一变形陷阱
“我们的日本同事进行的计算也提供了另一个意想不到的结果，”教授表示
波格丹一世·福尔纳尔(IFJ·潘)
“他们表明，在镍-64的势能面上，还应该存在一个与相当大的形变有关的深的局部凹陷(陷阱)，镍-64是一种原子核，其中子数比镍-66少两个，到目前为止，镍-66被认为只有一个球形的主要最小值
问题是，在镍-64中，低气压是在高激发能下预测的——在高山地形模拟的高海拔下——而且很难找到一种实验方法把原子核放在这个陷阱里
" 由罗马尼亚(布加勒斯特IFIN大学)、法国(格勒诺布尔朗之万学院)、意大利(米兰大学)、美国(北卡罗来纳和TUNL大学)和波兰(克拉科夫IFJ潘大学)的实验学家合作领导的一个合作项目进行了一次包含四个补充实验的力之旅
测量是在欧洲和美国的四个不同实验室进行的:劳埃-朗之万研究所(法国格勒诺布尔)、IFIN-HH串联实验室(罗马尼亚)、阿尔贡国家实验室(美国芝加哥)和三角大学核实验室(美国北卡罗来纳州TUNL)
采用了不同的反应机制，包括质子和中子转移、热中子俘获、库仑激发和核磁共振荧光，以及最先进的伽马射线检测技术
综合所有数据，可以确定镍-64势能图中存在两个次极小值，分别对应于扁圆形(扁平)和扁长形(拉长)椭球形，扁长形深且隔离良好，向主球形极小值的过渡明显延迟
“原子核被囚禁在镍-64核的最长极小核中的时间延长，不如重原子核的时间延长那么惊人，重原子核的时间延长可达数千万倍
我们记录的增加只有几十倍；然而，这一增长接近新理论模型所提供的增长这一事实是一项伟大的成就
穹窿
这项研究的一个特别有价值的结果是发现了一个以前没有考虑到的作用在复杂核系统中核子之间的力的分量，即所谓的张量单极子，它负责镍同位素多方面的形变
科学家预计，这种相互作用在很大程度上决定了许多尚未被发现的原子核的结构
从更广的角度来看，所提出的研究表明，这里应用的理论方法能够充分预测镍原子核的独特特性，在描述数百个核系统的特性方面具有巨大的潜力，这些核系统今天在地球的实验室中无法获得，但在恒星中不断产生
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