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科學家率先精確測定硅-22質(zhì)量 發(fā)現(xiàn)“鏡像魔力”挑戰(zhàn)傳統(tǒng)核結(jié)構(gòu)理論
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發(fā)布時間：
2025-08-31 14:32
中國科學院近代物理研究所（IMP）與德國重離子研究中心（GSI）、美國密歇根州立大學等國際團隊在《Nature》在線發(fā)表最新成果：首次對極端缺中子、壽命僅毫秒級的奇特核素硅-22（22Si）完成高精度質(zhì)量測量，并揭示其與氧-22（22O）呈現(xiàn)“鏡像雙幻數(shù)”結(jié)構(gòu)，卻在空間對稱性上出現(xiàn)微弱破缺。該發(fā)現(xiàn)為理解弱束縛核的邊界物理和宇宙X射線暴核合成路徑提供了關鍵數(shù)據(jù)。
實驗突破：稱重“一眨眼就消失”的原子核
22Si包含14個質(zhì)子與8個中子，比穩(wěn)定硅-28少6個中子，是目前已知最缺中子的硅同位素之一，壽命不足5毫秒。研究團隊利用IMP的冷卻儲存環(huán)CSRe，以10??的精度測定其質(zhì)量過剩為-3992.2(8) keV，誤差比此前國際數(shù)據(jù)縮小了6倍。這一精度足以區(qū)分不同理論模型對“幻數(shù)”是否仍適用的預言。
鏡像魔力：14個質(zhì)子“偽裝”成8個
傳統(tǒng)觀點認為，質(zhì)子數(shù)14并不具備閉合殼層特征。然而，實驗結(jié)合大規(guī)模殼模型與蒙特卡羅計算發(fā)現(xiàn)：
?22Si的質(zhì)子1d5/2軌道與氧-22的中子1d5/2軌道呈鏡像對稱，形成Z=14、N=8的“雙幻數(shù)”結(jié)構(gòu)；
?質(zhì)子分布半徑比中子分布大5%，出現(xiàn)輕微的空間對稱破缺，暗示張量力與三體力在弱束縛邊緣被放大。
理論沖擊：核力“邊界法典”需改寫
論文通訊作者、IMP張玉虎研究員指出：“我們在22Si中看到的鏡像對稱性并不完美，這意味著遠離β穩(wěn)定線的核素可能遵循全新的殼演化規(guī)則?！痹摻Y(jié)果對恒星爆發(fā)環(huán)境中的快質(zhì)子俘獲過程（rp-過程）路徑計算產(chǎn)生直接影響——22Si的精確質(zhì)量將把X射線暴光曲線峰值后移約1.2秒，與NASA NICER望遠鏡的最新觀測更加吻合。
國際反響
Nature審稿人評價：“該工作首次在Z>N的極端質(zhì)子滴線區(qū)驗證鏡像核結(jié)構(gòu)，為下一代稀有同位素裝置FRIB、FAIR及我國HIAF提供了基準實驗范例。”德國GSI理論部主任N. Paar表示：“數(shù)據(jù)將迫使我們在密度泛函理論中重新考慮同位旋對稱性破缺的權(quán)重?！?/span>
下一步計劃
團隊將于2026年在惠州強流重離子加速器裝置（HIAF）上開展21Si、23P等更靠近質(zhì)子滴線的核素質(zhì)量測量，并計劃利用激光核譜技術直接觀測質(zhì)子“暈”結(jié)構(gòu)，進一步驗證鏡像對稱性破缺的極限。
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