近期，中國科學(xué)院近代物理研究所等機構(gòu)的科研人員對近年來熱門的原子核低自旋搖擺現(xiàn)象的研究提出質(zhì)疑。新的研究表明，原子核的搖擺運動并不適用于低自旋區(qū)域，為解釋相關(guān)結(jié)構(gòu)需要在更多的理論和實驗工作基礎(chǔ)上探索適合的模型。該研究發(fā)表在Physics Letters B上。
上世紀(jì)六十年代，科學(xué)家提出原子核的轉(zhuǎn)動方向有可能沿一個主軸進動。隨后，諾貝爾獎得主Bohr和Mottelson將穩(wěn)定三軸形變原子核的進動近似為轉(zhuǎn)動和簡諧振動的疊加，用搖擺運動（wobbling motion）加以描述。本世紀(jì)之初，實驗報道了存在于163Lu高自旋區(qū)域的第一例搖擺帶，隨后科學(xué)家們又發(fā)現(xiàn)了一系列相似的搖擺帶結(jié)構(gòu)。近期，多篇研究分別報道了在135Pr、105Pd、133La、127Xe、183,187Au與133Ba中觀測到位于低自旋區(qū)域的搖擺帶，在核結(jié)構(gòu)研究領(lǐng)域引起熱切關(guān)注。
然而，近代物理所等機構(gòu)的科研人員對這些工作提出了質(zhì)疑。他們認為，搖擺運動基于簡諧振動近似，相應(yīng)的近似條件是原子核的總角動量主要分布在一個主軸上，另外兩個主軸上的分量遠小于總角動量。而在低自旋區(qū)域，該條件無法滿足。通過進一步分析，研究者們發(fā)現(xiàn)相關(guān)文章的實驗證據(jù)不充分，理論分析也不全面，因而無法排除其它可能的解釋。
圖：原子核進動示意圖。上面兩幅圖表示正常轉(zhuǎn)動，下面兩幅圖表示進動。左側(cè)代表高自旋區(qū)域，這時藍色箭頭表示的集體轉(zhuǎn)動角動量接近主軸，可以近似為簡諧振動和繞主軸轉(zhuǎn)動的疊加；右側(cè)代表低自旋區(qū)域，這時集體轉(zhuǎn)動角動量與主軸夾角很大，不能做這種近似。（郭松/圖）
為進一步鑒別之前的實驗報道，研究者們基于蘭州重離子加速器裝置（HIRFL）的次級束流線終端（RIBLL）和大型γ探測陣列，對187Au的激發(fā)態(tài)開展了包含角分布與線性極化測量在內(nèi)的在束γ譜學(xué)研究。對于該核素，美國圣母大學(xué)一個研究組利用GAMMASPHERE陣列開展了角分布測量，推斷在該核素中存在一個低自旋搖擺帶，相關(guān)工作發(fā)表在Physic Review Letters上。作為國際頂尖的探測陣列，GAMMASPHERE的探測能力非常優(yōu)異，但它完全由同軸型高純鍺探測器組成，無法開展線性極化測量。
在這項在蘭州開展的驗證實驗中，研究者們在與束流方向垂直的平面上放置了8臺Clover探測器，能夠同時測量角分布和線性極化兩方面的實驗信息，從而唯一地提取電磁躍遷成分的比例（電成分的增強被認為是判斷搖擺帶的關(guān)鍵依據(jù)）。實驗結(jié)果表明，此前在187Au中報道的搖擺帶只是由于單粒子激發(fā)所產(chǎn)生的常規(guī)轉(zhuǎn)動帶。
該實驗研究基本排除了搖擺運動在低自旋區(qū)域的適用性。在該方向，尋找更適合低自旋區(qū)域的物理模型將成為下一個重點問題，為此需要開展更多實驗以獲得可靠的測量結(jié)果。
該工作得到了中國科學(xué)院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項、國家重點研究發(fā)展計劃、國家自然科學(xué)基金等項目的支持。
文章鏈接：https://doi.org/10.1016/j.physletb.2022.137010
（超重核與核結(jié)構(gòu)室 供稿）
