近日，中國科學院近代物理研究所科研人員依托蘭州重離子加速器冷卻儲存環(huán)，精確測量了極缺中子原子核硅-22的質量，實驗發(fā)現(xiàn)硅-22的質子數(shù)14是一個新幻數(shù)。相關成果日前發(fā)表於《物理評論快報》。

原子核由質子和中子構成。科學家發(fā)現(xiàn)，當原子核的質子或中子的數(shù)量為2、8、20、28、50、82、126時，原子核會表現(xiàn)出相對穩(wěn)定的性質，這些數(shù)字被稱為“幻數(shù)”。二十世紀四五十年代，物理學家梅耶和簡森等人提出了原子核的殼模型，解釋了幻數(shù)的形成機制，因此獲得了1963年諾貝爾物理學獎。

近年來，隨著核物理研究向遠離穩(wěn)定線的奇特原子核推進，科研人員在某些奇特核中發(fā)現(xiàn)了新的幻數(shù)，例如14、16、32、34。然而這些新幻數(shù)幾乎都是中子幻數(shù)，新的質子幻數(shù)在實驗上鮮有發(fā)現(xiàn)。

此前，科學家發(fā)現(xiàn)氧-22原子核（中子數(shù)為14、質子數(shù)為8）具有雙幻核特征，即質子和中子均為幻數(shù)，它的中子數(shù)14被証明是新幻數(shù)。氧-22的鏡像核硅-22，其中子數(shù)為8、質子數(shù)為14。根據(jù)核結構的鏡像對稱性，理論預言硅-22的質子數(shù)14也應該是一個新幻數(shù)。硅-22是目前已知的中子數(shù)目最少的硅原子核，由於其產生截面小、壽命短，極難在實驗中產生和測量。因此，這一理論預言一直未能得到驗証。

近代物理所原子核質量測量團隊基於蘭州重離子加速器冷卻儲存環(huán)，利用改進后的磁剛度識別等時性質譜術，探測到了17個硅-22原子核，並最終成功給出了硅-22原子核的質量。

基於新的質量數(shù)據(jù)，研究團隊証實，在硅-22中，質子數(shù)14確實表現(xiàn)出幻數(shù)特征，是一個新的質子幻數(shù)。這一結果也得到了理論計算的支持。進一步研究發(fā)現(xiàn)，雖然硅-22和它的鏡像核氧-22一樣都是雙幻核，但硅-22的結構相較氧-22存在輕微的對稱破缺，具有更外延的質子空間分布。

該研究深化了人們對奇特原子核結構的認識，對理解原子核中核子之間相互作用、探索極端條件下原子核的存在邊界具有重要意義。（記者王冰雅、尚杰）

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