作者:叶满山 李朋杰 来源: 中国科学报 发布时间:2023-11-28
选择字号:
原子核内部也有“分子”结构

 

铍-10原子核基态的分子型结构。中国科学院近代物理研究所供图

■本报见习记者 叶满山 通讯员 李朋杰

各种各样的原子,通过排列和组合形成分子结构,进而塑造了万千世界。然而,直径只有原子万分之一的原子核内部,也存在类似分子的结构。

在一项近日发表于《物理评论快报》的研究中,科学家通过新颖的实验方法,首次发现在原子核基态中存在分子型结构,提供了迄今原子核基态中“集团化”的最清晰证据。

未被证实的猜想

原子核是由质子和中子等核子组成的量子多体系统。核子间的相互作用形成了多种有趣的原子核结构,从球形核到变形核,甚至是表面密度稀疏的中子晕核。在这些结构中,质子和中子聚集形成原子核内部的亚结构,这被科学家称为“集团”或“团簇”。

渺小的原子核处于许多不同的状态。其中能量最低的被称为“基态”,其他的被称为“激发态”。科学家认为集团结构主要出现在激发态中,尤其是在α共轭核中存在。α共轭核的质子和中子数量均为偶数且相等。α粒子由两个质子和两个中子组成,不仅具有较高的结合能,而且极其“懒惰”,使得α集团在核内形成,具有能量优势。

科学家已经通过实验,在一些特殊原子核的激发态中发现了不少集团结构的存在。那么,在原子核的基态中是否也存在类似的结构呢?

早在1938年,理论物理学家Hafstad和Teller通过分析α共轭核的结合能,发现α-α之间相互作用的能量近似常数,因此推测铍-8、碳-12、氧-16等原子核的基态中可能存在α分子型的集团结构。但后来由于经典壳模型的单粒子描述的流行,上述理论假设一直未能被证实。

一项新颖的实验

为此,中国科学院近代物理研究所联合香港大学、南京航空航天大学,法国巴黎-萨克雷大学,日本理化学研究所、大阪大学等国内外27家科研单位,在日本理化学研究所放射性核束工厂开展实验,通过逆运动学下的敲出反应,研究了铍-10的α集团结构。

实验中,0.5倍光速的铍-10次级束流轰击2毫米厚的固态氢靶,束缚在铍-10核中的α集团由质子敲出,几乎不转移任何动量给反应余核,使其保持了铍-10基态中的集团结构信息。实验结果表明,敲出反应的实验截面与微观模型下的理论预测吻合,从而验证了长期以来铍-10基态的分子态结构假设。

铍-10基态的物理图像类似于双原子分子,其中两个α粒子起原子的作用,而两个中子则像成对电子一样按轨道运动,形成了共价键。类似的结构可以在原子尺度上找到,但在原子核基态中非常罕见。

上述发现不仅打破了人们对原子核的传统认知,也为人们了解微观世界带来了全新视角。通过观察这种微小的“分子”结构,科学家可以更深入地探索核物质内部的奥秘,重新审视原子核内部的构造和力量。

相关论文信息:

https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.131.212501

《中国科学报》 (2023-11-28 第1版 要闻)
 
 打印  发E-mail给: 
    
 
相关新闻 相关论文

图片新闻
读论文查基金,助你2024申基成功! 粉色饭来了,它是肉还是米?
土卫一存在地下海洋 迄今最小恒星,半径仅约地球7倍
>>更多
 
一周新闻排行
 
编辑部推荐博文