中子空穴亚稳定态
2015-06-23
长寿命丰中子核的激发态可以帮助我们更好的理解原子核壳模型

原子核的稳定性主要由它所包含的质子和中子数决定。有些原子核的寿命很长,但是有些却在不到一秒的时间内就衰变成另外的核素。作为入选“卓越百人”项目的渡边宽教授,他与他的国际研究团队一起,发现了丰中子核的一个长寿命亚稳定态,这个发现会帮助我们建立一个更好的核力模型。

在二十世纪四十年代到五十年代,核物理学家一套叫做“壳层”的模型来解释原子核的稳定性问题,在这个模型里,原子核被视为由一系列壳层组成的集合。每一个壳层又可以允许一定量的中子或质子存在,并且那些壳层被填满的原子核人认为应该具有很强的稳定性。随后人们观察到长寿命的拥有中子数或质子数为2,8,20,28,50,82的原子核,也证明为“壳模型”的正确性。这些数字也被称为原子核稳定性的“幻数”。

“我们现在明白了,这些壳模型和幻数的出现,是由于中子和质子占据了原子核中离散的,或者说是量子化的能级。”渡边宽教授解释说,“但是仍有许多问题亟待解决,比如为何有些拥有幻数中子或质子的原子核仍然不稳定,还有在中子质子数严重不平衡的时候,壳层结构究竟是如何演化的。”

为了寻求上述问题的答案,科研工作者们深入研究了126Pd的原子核结构,它拥有46个质子和80个中子。126Pd对于理解壳模型非常重要,因为它同时拥有两个中子空穴,可以将幻数82壳层结构中的微小能间距放大。

通过日本理化学研究所(RIKEN)的放射性离子束装置,科研工作者们生成了拥有126Pd的混合束流,并用名为Eurica(Fig.2)的锗探测器阵列观测到了Fig.1所示的衰变曲线。研究结果表明126Pd拥有一个寿命几乎为126Pd基态二分之一的同质异能态(isomer)。

“这个激发态的存在是非常令人感到惊奇的,因为其他所有相似的同质异能态都只有很短的寿命,”渡边宽教授说道,“我们希望可以研究更多的丰中子核,并且看看是否有相似的同质异能存在,这会成为研究原子核壳层结构及其演化规律的一把利器。”

参考文献
[1] H. Watanabe et al., Physical Review Letters 113, 042502 (2014)


 

fig.1
利用EURICA锗探测器阵列观测到的126Pd衰变中放射的beta射线,gamma射线和电子,可以确定126Pd含有一个长寿命的同质异能态。



  ig.2 丰中子核Pd衰变中发射的gamma射线由图中名叫EURICA的这探测器阵列探测到。