近期，中國科學院近代物理研究所等機構的科研人員對近年來熱門的原子核低自旋搖擺現象的研究提出質疑。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，為解釋相關結構需要在更多的理論和實驗工作基礎上探索適合的模型。該研究發(fā)表在Physics Letters B上。
上世紀六十年代，科學家提出原子核的轉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動和簡諧振動的疊加，用搖擺運動（wobbling motion）加以描述。本世紀之初，實驗報道了存在于163Lu高自旋區(qū)域的第一例搖擺帶，隨后科學家們又發(fā)現了一系列相似的搖擺帶結構。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，在核結構研究領域引起熱切關注。
然而，近代物理所等機構的科研人員對這些工作提出了質疑。他們認為，搖擺運動基于簡諧振動近似，相應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)現相關文章的實驗證據不充分，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動，下面兩幅圖表示進動。左側代表高自旋區(qū)域，這時藍色箭頭表示的集體轉動角動量接近主軸，可以近似為簡諧振動和繞主軸轉動的疊加；右側代表低自旋區(qū)域，這時集體轉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的在束γ譜學研究。對于該核素，美國圣母大學一個研究組利用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鍵依據）。實驗結果表明，此前在187Au中報道的搖擺帶只是由于單粒子激發(fā)所產生的常規(guī)轉動帶。
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果。
該工作得到了中國科學院戰(zhàn)略性先導科技專項、國家重點研究發(fā)展計劃、國家自然科學基金等項目的支持。
文章鏈接：https://doi.org/10.1016/j.physletb.2022.137010
（超重核與核結構室 供稿）
