研究指出原子核摇摆运动并不适用于低自旋区域

近期，中国科学院近代物理研究所等机构的科研人员对近年来热门的原子核低自旋摇摆现象的研究提出质疑。新的研究表明，原子核的摇摆运动并不适用于低自旋区域，为解释相关结构需要在更多的理论和实验工作基础上探索适合的模型。该研究发表在Physics Letters B上。

上世纪六十年代，科学家提出原子核的转动方向有可能沿一个主轴进动。随后，诺贝尔奖得主Bohr和Mottelson将稳定三轴形变原子核的进动近似为转动和简谐振动的叠加，用摇摆运动（wobbling motion）加以描述。本世纪之初，实验报道了存在于¹⁶³Lu高自旋区域的第一例摇摆带，随后科学家们又发现了一系列相似的摇摆带结构。近期，多篇研究分别报道了在¹³⁵Pr、¹⁰⁵Pd、¹³³La、¹²⁷Xe、^183,187Au与¹³³Ba中观测到位于低自旋区域的摇摆带，在核结构研究领域引起热切关注。

然而，近代物理所等机构的科研人员对这些工作提出了质疑。他们认为，摇摆运动基于简谐振动近似，相应的近似条件是原子核的总角动量主要分布在一个主轴上，另外两个主轴上的分量远小于总角动量。而在低自旋区域，该条件无法满足。通过进一步分析，研究者们发现相关文章的实验证据不充分，理论分析也不全面，因而无法排除其它可能的解释。

图：原子核进动示意图。上面两幅图表示正常转动，下面两幅图表示进动。左侧代表高自旋区域，这时蓝色箭头表示的集体转动角动量接近主轴，可以近似为简谐振动和绕主轴转动的叠加；右侧代表低自旋区域，这时集体转动角动量与主轴夹角很大，不能做这种近似。（郭松/图）

为进一步鉴别之前的实验报道，研究者们基于兰州重离子加速器装置（HIRFL）的次级束流线终端（RIBLL）和大型γ探测阵列，对¹⁸⁷Au的激发态开展了包含角分布与线性极化测量在内的在束γ谱学研究。对于该核素，美国圣母大学一个研究组利用GAMMASPHERE阵列开展了角分布测量，推断在该核素中存在一个低自旋摇摆带，相关工作发表在Physic Review Letters上。作为国际顶尖的探测阵列，GAMMASPHERE的探测能力非常优异，但它完全由同轴型高纯锗探测器组成，无法开展线性极化测量。

在这项在兰州开展的验证实验中，研究者们在与束流方向垂直的平面上放置了8台Clover探测器，能够同时测量角分布和线性极化两方面的实验信息，从而唯一地提取电磁跃迁成分的比例（电成分的增强被认为是判断摇摆带的关键依据）。实验结果表明，此前在¹⁸⁷Au中报道的摇摆带只是由于单粒子激发所产生的常规转动带。

该实验研究基本排除了摇摆运动在低自旋区域的适用性。在该方向，寻找更适合低自旋区域的物理模型将成为下一个重点问题，为此需要开展更多实验以获得可靠的测量结果。

该工作得到了中国科学院战略性先导科技专项、国家重点研究发展计划、国家自然科学基金等项目的支持。

文章链接：https://doi.org/10.1016/j.physletb.2022.137010

（超重核与核结构室 供稿）