原子核质量测量揭示新质子幻数

近日，中国科学院近代物理研究所科研人员依托兰州重离子加速器冷却储存环，精确测量了极缺中子原子核硅-22的质量，实验发现硅-22的质子数14是一个新幻数。相关成果日前发表于《物理评论快报》。

原子核由质子和中子构成。科学家发现，当原子核的质子或中子的数量为2、8、20、28、50、82、126时，原子核会表现出相对稳定的性质，这些数字被称为“幻数”。二十世纪四五十年代，物理学家梅耶和简森等人提出了原子核的壳模型，解释了幻数的形成机制，因此获得了1963年诺贝尔物理学奖。

近年来，随着核物理研究向远离稳定线的奇特原子核推进，科研人员在某些奇特核中发现了新的幻数，例如14、16、32、34。然而这些新幻数几乎都是中子幻数，新的质子幻数在实验上鲜有发现。

此前，科学家发现氧-22原子核（中子数为14、质子数为8）具有双幻核特征，即质子和中子均为幻数，它的中子数14被证明是新幻数。氧-22的镜像核硅-22，其中子数为8、质子数为14。根据核结构的镜像对称性，理论预言硅-22的质子数14也应该是一个新幻数。硅-22是目前已知的中子数目最少的硅原子核，由于其产生截面小、寿命短，极难在实验中产生和测量。因此，这一理论预言一直未能得到验证。

近代物理所原子核质量测量团队基于兰州重离子加速器冷却储存环，利用改进后的磁刚度识别等时性质谱术，探测到了17个硅-22原子核，并最终成功给出了硅-22原子核的质量。

基于新的质量数据，研究团队证实，在硅-22中，质子数14确实表现出幻数特征，是一个新的质子幻数。这一结果也得到了理论计算的支持。进一步研究发现，虽然硅-22和它的镜像核氧-22一样都是双幻核，但硅-22的结构相较氧-22存在轻微的对称破缺，具有更外延的质子空间分布。

该研究深化了人们对奇特原子核结构的认识，对理解原子核中核子之间相互作用、探索极端条件下原子核的存在边界具有重要意义。