近日，兰州大学稀有同位素前沿科学中心牛一斐教授团队在核物理领域取得重大突破，成功破解了困扰科学界20余年的“γ射线强度函数低能增强现象”谜团。该成果以《γ射线强度函数的低能增强起源》为题发表于《物理评论快报》，为理解原子核电磁辐射规律和宇宙元素合成过程提供了全新理论框架。

原子核的电磁辐射谱体现为“γ射线强度函数”，它给出了处于高激发态的原子核辐射不同能量γ光子的平均辐射强度，是原子核电磁跃迁几率的统计描述。γ射线强度函数中的低能增强现象是指γ光子能量趋向于零时，平均辐射强度的指数上升现象，一般出现在形状接近球形的原子核中。低能增强现象对原子核的中子俘获率非常重要，并因此能够对宇宙中的元素合成过程产生影响。

研究团队通过自主研发的投影壳模型，首次在理论上复现了实验观测到的低能γ射线强度异常增强现象。关键创新点在于提出一种全新的核集体运动模式——质子-中子相对取向自由度的“剪刀转动”模式。该模式突破传统“剪刀振动”理论局限，揭示了球形原子核中质子与中子近乎自由的相对转动特性，这种新型集体运动直接导致低能辐射强度的显著增强。

该成果不仅解决了核结构物理中的长期争议问题，还对核天体物理产生深远影响：低能增强现象直接影响恒星内部中子俘获过程，为理解重元素宇宙合成路径提供关键参数；为新一代核反应堆设计中的中子截面计算提供更精确理论支持；推动γ射线探测灵敏度提升，助力核废料处理与核医学领域技术进步。

牛一斐表示，“这项工作‘解释了长达二十年的核物理谜题’，其提出的‘剪刀转动’是继著名的‘剪刀振动’之后发现的新集体运动模式，打开了探索核集体运动的新维度。”

相关论文链接：https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.134.082502

导致电磁辐射谱低能增强现象的集体运动图像及其激发谱与跃迁分布特征示意图。兰州大学供图。