不稳定原子核大多处于核素版图上尚未开发的未知区域,涉及量子多体开放系统的前沿科学问题,也涉及核能系统废料处置对象的许多未知核性质。在原子核的量子态结构中,“幻数”(质子或中子填满某个主壳层的数目)是一个基本概念。近些年,随着大量不稳定核素(放射性核素)的产生,人们发现远离稳定线弱束缚原子核的壳层结构发生了系列演化,观察到原有“幻数消失”和“新幻数”出现等奇特现象,成为当今核物理的重大科学问题。原子核的质量、自旋、磁矩、电四极矩、电荷半径等基本性质物理量,反映了原子核的内在结构和有效相互作用,在核物理、核天体、核能和核技术应用中不可或缺。激光核谱技术是近些年快速发展的能够高效测量不稳定核多个基本性质的关键技术,具有显著的特点和优势,已经在前期丰中子核奇特结构(如晕结构、壳层演化新幻数、奇特形变等)研究中发挥了重要作用。
此前若干研究团队根据部分物理量测量结果提出了丰中子钙区域N=32的中子“新幻数”。壳模型理论通过张量力效应引起的单粒子壳层演化可以解释这一结构特征。但这一“新幻数”概念在实验和理论方面还存在争议。基于此,北京大学物理学院和核物理与核技术国家重点实验室杨晓菲研究员牵头与其合作者提出在瑞士欧洲核子研究中心ISOLDE放射性束流装置上利用激光谱技术研究质子幻数钙附近极端丰中子核52K(Z=21,N=33)基本性质的实验计划。
52K核素处于丰中子区,寿命短(110 ms),在ISOLDE装置上的产率仅有约200离子/秒,而伴随它同时产生的稳定杂质核高达106离子/秒以上。针对极低信噪比问题,实验中首次采用了β衰变标记的共线共振电离激光谱实验方法[图1(a)]。此方法利用丰中子52K核素短寿命特征,采用探测激光共振电离的目标核β衰变电子的方法代替了记录电离离子,很大程度避免了杂质核素的干扰[图1(b)(c)],实现了对52K及其同位素的超精细结构谱测量[图1(d)]。这也是国际上首次将质子幻数核钙附近电荷半径的测量拓展到N=32(此前提出的中子“新幻数”)之上。实验结果表明,钾同位素的电荷半径在N=28至33区间连续快速增大,没有表现出N=32中子幻数特征(图2)。实际上,目前国际上快速发展的多种理论模型(如基于手征有效场论的ab-initioCC方法和Fayan密度泛函理论)均无法合理地解释电荷半径的实验测量结果(图2),这是丰中子核区出现的又一奇特现象。这项研究揭示出迄今对丰中子原子核基本性质和结构特征的认知还很有限,需要大量实验和理论的探索和突破。该研究提出的β衰变标记的共线共振电离激光谱实验新方法可将极端丰中子核基本性质和结构的研究拓展到更远离稳定线的核素区域。
这项工作于2021年01月28日以“Charge radii of exotic potassium isotopes challenge nuclear theory and the magic character of N=32”为题,在线发表于《自然·物理》(Nature Physics)杂志上。杨晓菲与其联合指导的鲁汶大学博士生á. Koszorús为共同第一作者和共同通讯作者;合作单位包括比利时鲁汶大学、英国曼彻斯特大学、欧洲核子研究中心等。该研究工作得到中国科技部重点研发计划和国家自然科学基金委的支持。
删除或更新信息,请邮件至freekaoyan#163.com(#换成@)
物理学院杨晓菲课题组及合作者在激光核谱技术和丰中子核“新幻数”研究中取得新进展
本站小编 Free考研考试/2021-12-20
相关话题/结构 实验 测量 激光 欧洲
物理学院方哲宇团队提出自由电子束调控金属/介质复合异质结构谷极化新方法
近日,北京大学物理学院方哲宇团队在NatureCommunications上发表了题为“Deepsubwavelengthcontrolofvalleypolarizedcathodoluminescenceinh-BN/WSe2/h-BNheterostructure”的研究论文,报道了一种利用超 ...北京大学通知公告 本站小编 Free考研考试 2021-12-20北京大学陈雷研究组报道人源DUOX1复合体的高分辨率结构
ROS(活性氧)是化学反应活性很高,并且以氧元素为主的一系列化合物,包括过氧化氢、超氧阴离子等,它们参与众多生物学过程,同时也是一种重要的信号分子[1]。在生物体内,有很多氧化还原反应可以作为副产物产生ROS,比如线粒体呼吸链和P450氧化还原酶等。除此之外,还有一种专门产生ROS的酶即NADPH氧 ...北京大学通知公告 本站小编 Free考研考试 2021-12-20生命科学学院高宁组报道人源DNA复制起始复合物ORC的冷冻电镜结构
2020年11月24日,北京大学生命科学学院高宁研究组在CellDiscovery杂志发表题为“Structuralinsightintotheassemblyandconformationalactivationofhumanoriginrecognitioncomplex”的研究论文,报道了人源 ...北京大学通知公告 本站小编 Free考研考试 2021-12-20陈雷研究组报道NALCN-FAM155A亚通道复合体的高分辨结构
钠通道NALCN复合体主要位于神经元细胞膜上,介导了电压调控、胞外钙离子阻塞的钠漏电流,使静息电位偏向于去极化,从而提高神经细胞的兴奋性1-4。NALCN通道亚基在哺乳动物中高度保守,与电压门控钙离子通道(CaV)和电压门控钠离子通道(NaV)具有一定的同源性。NALCN的功能异常会导致多种严重的神 ...北京大学通知公告 本站小编 Free考研考试 2021-12-20工学院能源与资源工程系吴晓磊课题组在PNAS发文 揭示微生物耐盐碱过程中重要转运蛋白的结构与功能机制
能源和环境因素是人类生存和发展不可或缺的要素。自然界中,除了含盐浓度较低的淡水环境,在海洋、高盐湖泊、盐场结晶池,乃至被氯化钠饱和的地方,都能发现生命的存在。对细胞而言,环境中的高盐度可能导致非特异性的渗透效应和/或特定的胞内系统毒性,危害其生长和繁殖。为了适应这些极端环境,微生物进化了多种耐受盐碱 ...北京大学通知公告 本站小编 Free考研考试 2021-12-20生命科学学院钟上威实验室揭示植物机械碰触“记忆”形成的分子机制
2020年11月27日,国际著名学术期刊ScienceAdvances发表了北京大学生命科学学院钟上威研究员课题组题为“Touch-inducedseedlingmorphologicalchangesaredeterminedbyethylene-regulatedpectindegradatio ...北京大学通知公告 本站小编 Free考研考试 2021-12-20极端光学团队在强激光光子的自旋轨道相互作用研究中取得新进展
微观粒子的自旋角动量和轨道角动量是描述粒子复杂动力学行为中最基本的两个物理量,这两个角动量之间的耦合普遍存在于自然界之中。光子的自旋-轨道相互作用,在光与物质相互作用的研究以及应用中具有举足轻重的意义。光子的自旋-轨道相互作用可以分为自旋-轨道转换和轨道-自旋转换。光子的自旋-轨道转换在近十年来得到 ...北京大学通知公告 本站小编 Free考研考试 2021-12-20信息学院电子学系郭弘教授团队在基于原子磁力仪的无磁屏蔽人脑磁图测量系统的研制中取得重要进展
脑磁图测量系统以高灵敏度磁力仪为基础,通过记录由脑部自发电流产生的磁场,无创伤性地探测脑部电磁生理信号,被广泛应用于临床脑疾病诊断和脑部功能的开发研究,具有重要的临床医疗应用价值和基础科研价值。脑磁图系统通常利用基于超导效应的磁力仪对人脑微弱磁场信号进行测量。由于系统需要液氦超低温冷却及磁屏蔽室,造 ...北京大学通知公告 本站小编 Free考研考试 2021-12-20深研院新材料学院在知名期刊发表有关电池界面结构化学研究的教程类综述性文章
正极材料是提高锂离子电池能力密度和安全性能的关键。在大量被报道的锂离子电池正极材料中,橄榄石结构的磷酸铁锂(LiFePO4)、尖晶石结构的锰酸锂(LiMn2O4)和层状结构的过渡金属氧化物(LiMO2,M=Mn或/和Co或/和Ni)广泛应用在便携式电子设备、电动交通工具以及大规模储能等领域。这些产业 ...北京大学通知公告 本站小编 Free考研考试 2021-12-20生命科学学院李龙研究组解析酵母源线粒体内膜复合物TIM22的结构
2020年9月11日,北京大学生命科学学院李龙研究组与李晴研究组合作在CellResearch杂志发表了题为“StructureofthemitochondrialTIM22complexfromyeast”的研究论文。线粒体是能量产生的动力工厂,是许多细胞过程必不可少的,如脂类和氨基酸代谢、细胞信 ...北京大学通知公告 本站小编 Free考研考试 2021-12-20