变形实验挑战对镉核如何移动的解释

一项新的实验探测了镉-106的形状和运动，发现旋转运动比教科书对振动运动的解释更能支持旋转运动。颜色表示径向距离，以指示核形状。图片来源：T. J. Gray，橡树岭国家实验室

原子核有一系列形状，从球形（如篮球）到变形（如美式足球）。球形原子核通常由一小部分质子和中子的运动来描述，而变形的原子核倾向于作为一个集体整体旋转。

自1950年代以来，已经提出了第三种动议。在这种被称为核振动的运动中，原子核以平均形状波动。科学家最近使用一种称为库仑激发的技术研究了镉-106，以探测其核形状。他们发现了明确的实验证据，证明这种同位素的原子核的振动描述失败了。这一发现与预期结果背道而驰。

发表在《物理快报B》上的研究建立在对了解球形和变形核之间过渡的长期探索之上。这种过渡通常包括振动运动作为中间步骤。新的结果表明，核物理学家可能需要修改描述这种转变如何发生的长期范式。

科学家们还没有回答在这个转变过程中发生什么行为的问题，但新的证据指向基于原子核旋转运动以及其最外层质子和中子重组的描述。结果清楚地表明，科学家需要更多的数据来阐明他们传统上认为是振动的原子核。

一个由核物理学家组成的多国团队使用阿贡串联直线加速器系统（ATLAS），这是阿贡国家实验室的美国能源部科学办公室用户设施，将一束镉-106原子核加速到光速的9%，并将其引导到1微米厚的铅-208目标箔上。

在碰撞过程中，来自镉-106原子核的伽马射线被伽马射线能量跟踪束内核阵列（GRETINA）发射和检测，反冲铅和镉核被紧凑型重离子计数器2（CHICO2）检测。伽马射线的强度提供了通过电磁相互作用激发镉-106原子核的概率的度量，从中建立了镉-106的电磁特性。

研究人员将这些特性整合到一个独立于模型的核形状测量中，并将结果与几个主要核理论的预期进行了比较。结果表明，在低能量下，镉-106不是振动的，而是更符合略微变形的三轴转子的旋转 - 这种形状类似于放气的美式足球。

更多信息：T.J. Gray 等人，2Cd 的 01+ 和 21+ 状态的 E106 旋转不变量：集体旋转的出现，物理快报 B （2022）。DOI： 10.1016/j.physletb.2022.137446

期刊信息：物理快报B