研究收集了¹⁰⁰Sn双重魔法性质的有力证据

欧洲核子研究中心最近的实验为原子核(即原子中心区域，占原子质量的大部分)的核特性提供了新的见解。最近对原子核的研究的一个主要目标是更好地了解锡-100(100Sn)的特性，锡-100是一种稀有同位素，含有50个质子和50个中子。

在核物理学中，这些特定的质子和中子数量被认为是“神奇的”。这实际上意味着同位素的原子核中会有完整的质子和中子壳层，从而显示出非常稳定的结构。

麻省理工学院(MIT)、曼彻斯特大学、欧洲核子研究中心、鲁汶天主教大学和其他机构的研究人员最近收集到有力证据，表明100Sn具有双重魔核。他们的研究成果发表在《自然物理学》杂志上，为旨在测试和验证核理论的研究开辟了新的令人兴奋的可能性。

论文第一作者JonasKarthein博士告诉Phys.org：“100Sn附近的核特性一直是实验和理论核物理学面临的一个长期挑战，100Sn被认为是最重的‘双魔核’，质子数Z=50等于中子数N=50。”

“过去几十年来，世界各地的主要放射性束流设施开展了各种实验活动，研究100Sn附近的同位素。”

100Sn和其他寿命极短(约一秒或更短)的同位素需要人工制造。因此，物理学家只能以非常低的速率生产它们。由于生产这些同位素的挑战性，过去的实验对其结构得出了相互矛盾且不确定的结果。

Karthein表示：“在我们开展研究之前，我们缺乏有关接近100Sn的原子核尺寸和形状演变的实验知识。”

“铟同位素(Z=49)的质子数仅比锡少一个，为研究100Sn附近的核结构特性演变提供了极好的实验室。欧洲核子研究中心在生产铟同位素方面取得的最新进展，加上我们在高灵敏度激光光谱技术方面的进步，使得首次测量接近100Sn成为可能。”

过去几年，核理论在描述重同位素(包括100Sn)方面取得了重大进展。通过收集100Sn电磁特性的大量实验证据，Karthein和他的同事证实了部分现有理论，同时也为未来核模型的发展设定了严格的基准。

“CERN-ISOLDE最近开展的共线共振电离光谱(CRIS)实验以及该设施生产的特殊铟同位素使我们能够对铟原子的原子能级进行精确的激光光谱分析，从而可以从中提取它们的核电磁特性，”这项研究的共同作者罗纳德·加西亚·鲁伊斯(RonaldGarciaRuiz)教授解释说。

“通过研究中子数量相对于稳定对应物不断增加和减少的短寿命铟核，我们能够精确地研究中子数变化时核形状和大小的演变，从自然产生的113,115In，到中子不足的101In，再到中子丰富的131In。”

研究人员的发现强烈暗示了100Sn的双重魔力性质，这是最近的核理论所预测的，但尚未通过实验得到最终证实。Karthein和他的同事还使用最先进的方法进行了广泛的核计算，进一步阐明了100Sn原子核的结构。

Karthein表示：“我们的研究结果为100Sn的双重魔力性质提供了强有力的证据，从而为理解核图表的这一关键区域提供了关键的实验信息，并解决了世界各地设施的光谱实验中相互矛盾的结果。”“这些核系统的简单结构提供了一个理想的系统来指导我们对原子核的理论理解。”

该研究团队的最新研究可能为原子核研究指明新的方向。例如，它将为大型和下一代研究设施的更多实验提供信息，包括美国能源部新的稀有同位素束设施(FRIB)。

这些努力将使对100Sn及其邻近同位素的研究更加精确，进一步揭示它们的核特性。此外，它们还将使理论物理学家能够测试现有的远离稳定性的极端区域原子核知识和模型。

“CERN的CRIS合作还计划将这些测量范围从稳定性扩展到中子缺乏的同位素99,100In，”Karthein补充道。“最近在CERN-ISOLDE收集的独立质量测量进一步激发了测量其核电磁特性的必要性。”