現代物理研究所的突破性研究揭示了原子核基態的分子型結構，為一個已有幾十年歷史的假說提供了實驗證據，並為核物理研究開闢了新的道路。關鍵研究揭示了原子核中的分子型結構，徹底改變了我們對核物質的認識。

中國科學院近代物理研究所（IMP）的科學家及其合作者最近在原子核基態中發現了一種分子型結構。該研究成果發表在《物理評論快報》上，並作為”物理學特寫”文章進行了重點報導。

原子核是一個由質子和中子組成的量子多體系統，小得令人難以置信（只有原子的萬分之一），但它容納了原子總質量的99.9% 以上。核子之間的相互作用產生了各種有趣的核結構，從球形核到變形核，甚至是表面密度稀疏的中子暈。在這些結構中出現的團簇結構是一個引人入勝的現象。

反運動學中的簇敲除反應示意圖。資料來源：李鵬傑

團簇結構的意義

原子核的基態很少出現簇狀結構。關於基態團簇結構的討論可以追溯到1938 年，當時理論物理學家透過分析α 共軛核的結合能，提出在鈹-8、碳-12 和氧-16 等原子核的基態中可能存在類似α分子的團簇結構。然而，由於經典殼模型的單粒子描述很受歡迎，這個理論假設仍未得到驗證。

IMP 的科學家及其合作者利用一種涉及逆運動學敲除反應的新穎實驗方法，驗證了富中子原子核鈹-10 的基態存在分子型結構。

實驗在日本理化學研究所西奈中心的放射性同位素束工廠（RIBF）進行。在實驗中，鈹-10 的次級束以一半光速轟擊一個2 毫米厚的固體氫靶。束縛在鈹-10原子核內的α原子團被質子擊出，幾乎沒有動量轉移到殘餘原子核上，保留了鈹-10基態原子團結構的資訊。

鈹-10原子核的類分子結構。資料來源：IMP 李鵬傑

證實長期存在的假設

實驗結果表明，敲除反應的實驗截面與微觀模型下的理論預測之間存在顯著的一致性。這項驗證支持了關於鈹-10基態分子態結構的長期假說，即鈹-10形成了一個α-α啞鈴形內核，兩個價中子垂直於內核軸旋轉。

論文第一作者、來自IMP 的李鵬傑博士說：”類似的結構在原子尺度上也能發現，但在原子核的基態中卻異常罕見。”

這項研究首次為原子核基態分子態結構的理論描述提供了實驗證據，並為進一步探索富中子核基態α簇結構的演化鋪平了道路。