作者:英格丽德·法德利
（同organic）有机 欧洲粒子物理研究所国际空间研究中心实验室的激光系统
信用:Koszorus等人 测量原子核的大小有时对探测核子-核子相互作用和核物质的整体性质很有用
原子核的电荷半径可以用激光光谱学技术提取，它对核物质的整体性质和质子与中子之间相互作用的特别细微的细节都很敏感
因此，许多最近的研究已经检验了具有不平衡的质子-中子比的原子核的性质，这种原子核被称为奇异核
这些奇异的原子核被发现表现出新的现象，因此被证明对检验核理论和提高当前对核力的理解有价值
除此之外，检查奇异原子核有助于识别新的神奇数字
在本文中，术语“幻数”指的是对应于这些原子核中完全充满的壳层的质子或中子的数量
由比利时库·鲁汶斯特拉林斯基卡研究所的物理学家和中国北京大学的物理学家领导的一个研究小组最近进行了一项研究，用32个中子检查外来的钾同位素，预计这是一个神奇的数字
他们发表在《自然物理学》上的论文提出了挑战最新核理论的证据
进行这项研究的研究人员之一阿戈塔·科斯卓鲁斯对《物理》杂志说:“质子或中子数的神奇特性，除了别的以外，还体现在它的幻核比它的邻居小。”
（同organic）有机
“有几个众所周知的幻数，如2、8、20或28，然而在钾同位素的质量区，32已被提出作为新的幻中子数
我们实验的目标是测量有33个中子的钾同位素的电荷半径，并允许将提出的魔氮=32同位素的大小与其较轻的(氮=31)和较重的(氮=33)邻居进行比较
" 识别新的幻数是最近许多研究核结构的关键目标
然而，研究富含中子的同位素，比如科斯卓鲁斯和她的同事们研究的那些，可能非常具有挑战性，原因有几个
首先，这些同位素只能在像欧洲粒子物理研究所的ISOLDE这样的放射性离子束设备中产生
此外，它们通常具有非常短的半衰期(例如
g
，在52K的情况下为110 ms长)
这意味着一旦它们被生产出来，研究人员只有非常有限的时间来准备测量和实际检查它们
在52K的具体情况下，另一个挑战是在ISOLDE产生的光束中的大的等压污染
“根据核质量测量和2+能量测量，N=32是在钙区提出的一个新的中子幻数，”参与研究的另一位研究员杨晓飞告诉《物理》杂志
（同organic）有机
然而，由于在钙区的实验信息有限，这种神奇的效应还没有从核矩或半径测量中得到证实
" 科斯卓斯、杨和他们的同事们首先研究了N=32以上的电荷半径，这最终使他们能够确定“魔术效应”是否出现在核半径中
他们研究的另一个目的是调查基于核理论的模型发展的最新进展
实验测量的钾同位素的均方电荷半径的变化(白色方块)与最先进的核理论的预测(绿色和蓝色)和密度泛函理论(红色)进行了比较
灰色方框显示了中子幻数N=28时电荷半径的趋势，而红色方框显示了N=32的同位素没有表现出类似的行为
信用:Koszorus等人
“即使在ISOLDE设施中，离子在被输送到实验装置之前是经过质量选择的，但是在ISOLDE生产场所的环境中，有一种质量非常相似的稳定的铬同位素，这种同位素在自然界中非常丰富，”科斯索鲁斯解释说
“这意味着，虽然每秒钟有200个52K同位素被输送到我们的实验装置，但也有600万个稳定的铬同位素被输送，这导致了压倒性的背景速率
因此，我们不得不修改我们的设置，依靠探测52K放射性衰变中发射的β粒子
因此，稳定的铬不会影响背景
" 有趣的是，科斯卓斯、杨和他们的同事在钾同位素的核大小跨越N=32中子数的演化中没有发现神奇行为的迹象
研究人员还将他们的观察结果与基于最新理论核模型的计算结果进行了比较，即能量密度泛函方法和耦合簇理论
“密度泛函理论对于较重的原子核来说是一种理想的方法，而CC模型更适合于轻质量和中等质量的原子核，”科斯卓斯说
“钾区是同时测试这些方法的一个引人注目的交汇点
这两种理论方法都需要关于核相互作用的信息
为此，应用了最先进的核结构模型:密度泛函理论计算采用了非常成功的费杨能量密度泛函，而密度泛函理论计算采用了从头算手征势
" 研究人员发现，理论模型成功地预测了他们在N=28幻数以下的同位素中观察到的均方电荷半径的变化
他们测试的模型对于用不成对的质子和中子模拟同位素似乎很有用
“从测量和预测的均方电荷半径变化之间的比较来看，很明显，这些计算在预测N=28幻数以下的总体趋势方面表现非常好，成功地应对了用不成对的质子和中子模拟同位素的挑战，”科斯索鲁斯说
“然而，仔细观察就会发现，从头算耦合团簇计算在预测富中子同位素电荷半径的急剧增加方面有所欠缺
" 研究人员假设，耦合聚类计算和它们的测量之间的问题和不一致性可能源于CC模型的多体性质
另一方面，尽管费因斯密度泛函理论模型很好地预测了他们观察到的总体趋势，但它高估了奇偶质量同位素之间的差异
总体而言，这些发现表明，现有的核理论可能需要进一步完善，才能有效预测外来同位素的幻数
换句话说，目前对富中子同位素的核性质和结构的理解似乎仍然非常有限
将来，这组研究人员使用的方法可以用于研究其他寿命较短的外来同位素
“钾同位素周围新出现的幻数的故事还远未结束，另一个幻数是在中子数34处提出的，”科斯卓斯说
“对这些原子核的研究需要更高的实验效率，因为产量低于每秒100个离子
我们正在不断地进行技术开发，以改进我们的实验装置，很快我们将准备好推进当前最先进技术的极限，并测试我们对富含中子的同位素原子核的核结构的理解
" 许多当代核物理研究的一个关键目标是探索受核力控制的原子核的极限和性质，以便更好地理解它们的结构
在接下来的研究中，科斯卓鲁斯、杨和他们的同事还计划开发越来越先进的激光光谱学技术，因为这些技术可以用来更精确地检查原子核，并收集更可靠的测量结果
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