近日，中國(guó)科學(xué)院近代物理研究所實(shí)驗(yàn)物理中心研究團(tuán)隊(duì)成功鑒別出短壽命缺中子新核素²²³Np, 實(shí)驗(yàn)結(jié)果否定了Z=92質(zhì)子亞滿殼的存在。 

　　實(shí)驗(yàn)在蘭州充氣譜儀(SHANS)裝置上開(kāi)展，采用188 MeV的⁴⁰Ar束轟擊¹⁸⁷Re同位素靶,通過(guò)能量、位置、時(shí)間關(guān)聯(lián)鑒別方法，成功鑒別出半衰期僅為的短壽命缺中子新核素²²³Np，其a衰變能為9477(44) keV。實(shí)驗(yàn)結(jié)果否定了Z=92質(zhì)子亞滿殼的存在, 為Z>82的下一個(gè)幻數(shù)的理論預(yù)言提供了實(shí)驗(yàn)參考。  

　　分立能級(jí)的殼層結(jié)構(gòu)是微觀多體系統(tǒng)普遍存在的量子現(xiàn)象，殼效應(yīng)正是超重元素能夠存在物理基礎(chǔ)。在穩(wěn)定線附近，當(dāng)原子核的質(zhì)子數(shù)或中子數(shù)是2, 8, 20, 28, 50, 82和中子數(shù)是126時(shí), 原子核特別穩(wěn)定, 這些被稱為幻數(shù)，它們所對(duì)應(yīng)的殼被稱為主殼。目前已知的質(zhì)子最大幻數(shù)是Z=82，探究質(zhì)子殼結(jié)構(gòu)在Z=82以上的演化，對(duì)于認(rèn)識(shí)超重核的殼結(jié)構(gòu)性具有重要意義。相對(duì)于主殼而言, 亞殼(subshell)在維持原子核穩(wěn)定性上要弱一些。理論上, 關(guān)于是否存在Z=92質(zhì)子亞殼長(zhǎng)期以來(lái)一直有爭(zhēng)議。相對(duì)論平均場(chǎng)(Relativistic Mean-field)模型與宏觀-微觀(Macroscopic–microscopic)模型都預(yù)言了Z=92亞殼的存在，而大規(guī)模殼模型計(jì)算卻給出了否定結(jié)果。 

　　新核素²²³Np的子核²¹⁹Pa是核素圖上壽命最短的a衰變核素（~60ns）。實(shí)驗(yàn)中采用了數(shù)字化波形采樣技術(shù)和快上升的前置放大器，建立了²²³Np→²¹⁹Pa→²¹⁵Ac→²¹¹Fr完整的a衰變鏈，也是首次實(shí)驗(yàn)建立²¹⁹Pa的a衰變鏈。圖1中是三例 (²²³Np)-a(²²³Np)-a(²¹⁹Pa)三重疊加事件。另外實(shí)驗(yàn)中對(duì)前放和雙面硅條探測(cè)器進(jìn)行了有效的冷卻, a粒子能量分辨可以達(dá)到~20 keV, 極大地提高了實(shí)驗(yàn)的精度。  

　　該項(xiàng)研究得到國(guó)家自然科學(xué)基金、中科院、科技部973項(xiàng)目的支持。國(guó)內(nèi)外9個(gè)單位的研究人員參加了該工作，相關(guān)成果已發(fā)表在Physics Letters B上。 

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　　圖1：三例前放輸出的注入核(²²³Np)-a(²²³Np)-a(²¹⁹Pa)三重疊加事件的波形