中大新聞網(wǎng)訊（通訊員袁岑溪）近日，中山大學與中國科學院近代物理研究所、山東大學等單位組成的科研團隊首次合成了新核素鋨-160、鎢-156。2024年2月15日，相關(guān)成果作為亮點論文（Highlights）在國際學術(shù)期刊《物理評論快報》（Physical Review Letters）發(fā)表。該工作同時入選編輯推薦（Editors’ Suggestion）和物理亮點（Featured in Physics），并同時被美國物理學會的Physics雜志在線報道。該工作發(fā)表后，央視新聞、科技日報等媒體發(fā)布了相關(guān)新聞報道，并在人民日報、人民網(wǎng)、新華網(wǎng)、中國日報、光明網(wǎng)、學習強國等上百個媒體轉(zhuǎn)載報道。
原子核是由質(zhì)子和中子組成的量子多體系統(tǒng)。不同數(shù)量的質(zhì)子和中子，構(gòu)成了具有不同性質(zhì)的原子核，科學家們把它們稱為核素。合成和研究新核素，不僅對認識物質(zhì)結(jié)構(gòu)具有重要意義，而且為理解天體環(huán)境的演化提供重要信息，是探索自然奧秘的重要手段。
新核素鋨-160和鎢-156在核素圖上的位置（圖/楊華彬）
研究團隊依托蘭州重離子加速器，利用充氣反沖核譜儀SHANS，通過熔合蒸發(fā)反應合成了新核素鋨-160和鎢-156。鋨-160（中子數(shù)為84）具有α放射性，而鎢-156（中子數(shù)為82）具有β+衰變的放射性。團隊測量了鋨-160的α衰變粒子能量、半衰期及鎢-156的半衰期等性質(zhì)。
通過系統(tǒng)分析新測量數(shù)據(jù)和已有數(shù)據(jù)，研究人員發(fā)現(xiàn)當原子序數(shù)大于68時，中子數(shù)為84、85的同中子素的α粒子預形成概率逐漸變小，揭示了中子數(shù)為82的殼效應在缺中子核素中增強的現(xiàn)象。進一步研究認為該效應增強的原因在于不斷逼近可能較穩(wěn)定的雙幻核——鉛-164 (質(zhì)子數(shù)為82、中子數(shù)為82)。本工作首次明確給出了中子數(shù)為82的中子殼在缺中子核素一側(cè)的演化情況，使我國的新核素研究進入了一個新的核區(qū)。
近年來，中山大學在我國新核素合成和沖擊新元素方向做出新的貢獻。本工作中，借助學校天河二號超級計算機，學校中法核工程與技術(shù)學院核數(shù)據(jù)科學與應用團隊使用該團隊最新構(gòu)建的原子核相互作用，在組態(tài)相互作用模型框架下揭示這一區(qū)域中子殼增強現(xiàn)象，并可深入分析其如何被相互作用影響。袁岑溪副教授與近代物理研究所甘再國研究員、山東大學王守宇教授為共同通訊作者，劉夢蘭（現(xiàn)為中山大學21級博士研究生）和徐蘇揚（現(xiàn)為近代物理研究所博士研究生）分別進行主要理論分析和做出實驗貢獻。
新核素的合成和性質(zhì)測量需要大科學裝置完成，新核素性質(zhì)背后的物理機理分析需要理論模型的幫助。2017年之前，作為原子核的重要模型之一，組態(tài)相互作用殼模型幾乎未被用于新核素性質(zhì)分析，主要面臨的難點有：1、沒有合適的相互作用；2、多體計算復雜度增長的指數(shù)墻物理。近些年來，該團隊持續(xù)構(gòu)建和優(yōu)化適合描述新核素的相互作用，探索如何考慮重要的多體關(guān)聯(lián)降低計算規(guī)模，成功突破這兩個難點，陸續(xù)合作完成了8個新核素合成的工作：新核素镎-219（2017年合成），團隊理論分析結(jié)合實驗數(shù)據(jù)共同建議其自旋宇稱為9/2+；新核素鈾-214（2021年合成），團隊理論分析其α衰變增強來自于質(zhì)子中子相互作用的增強；新核素鎂-18，團隊嘗試用弱束縛效應解釋其能譜（2021年合成）；新核素釷-207（2022年合成），團隊用對散射解釋其附近區(qū)域的α衰變能奇偶效應。
研究團隊教師合影
中國尚未合成過新元素，我國科學家正準備沖擊“中國元素”。目前，學校共合作合成了8個新核素，參與廣東省基礎(chǔ)與應用基礎(chǔ)研究重大項目“超重核素合成及新方法研究”，多次舉辦研討會組織討論新元素合成的條件和其衰變性質(zhì)，合作研發(fā)反沖衰變標記裝置鑒別新核素或新元素的伽馬衰變譜，揭示新核素镎-219、鈾-214、鎂-18、釷-207性質(zhì)背后的物理機理，通過建立新理論模型和方法可靠預言合成超重元素的最佳反應能量，基于機器學習方法研究超重新核素和新元素的衰變模式，為沖擊“中國元素”貢獻中大力量。
論文鏈接：https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.132.072502、
Physics報道鏈接：https://physics.aps.org/articles/v17/s22
央視新聞報道：https://news.cctv.com/2024/02/19/ARTIo1iKhSVqGU7ji36ej2Xq240219.shtml
