科學家發現新「幻數」！改寫核物理學規則的重大突破

物理學界近期有驚人發現！研究人員在極不穩定的矽-22同位素中，確認質子數14具有「幻數」特性，這項突破性發現可能改寫我們對原子核結構的認知。

在核物理學領域，「幻數」指的是讓原子核特別穩定的特定質子或中子數量。這些神奇數字就像是原子核的「完美組合」，能幫助科學家解開物質最基本的構成奧秘。雖然穩定同位素的幻數已知數十年，但對於那些轉瞬即逝的極不穩定同位素，科學家仍持續探索中。

中國科學院近代物理研究所(IMP)的團隊首度精確測量了極不穩定、缺少中子的矽-22同位素質量。這項刊登在《物理評論快報》(Physical Review Letters)的研究證實，矽-22的14個質子數確實構成新的幻數。

原子核由質子和中子組成，當數量達到幻數(如2、8、20、28、50等)時，核子會特別穩定。這現象由瑪麗亞·格佩特-梅耶和漢斯·延森在1940-50年代提出核殼層模型解釋，並因此獲得1963年諾貝爾物理學獎。

近年研究發現，在遠離穩定谷的奇特原子核中，中子幻數14、16等相繼被證實。然而質子幻數的新發現卻極為罕見。過去科學家在氧-22(含14個中子)中發現中子14的幻數特性，基於核映象對稱理論，學界推測其映象核矽-22(含14個質子)也應具有相同特性。

但由於矽-22產量極低且半衰期極短，這項預測一直無法驗證。IMP團隊運用先進的Bρ等時性質譜技術，在蘭州重離子研究裝置的冷卻儲存環上，成功測定矽-22的基態質量，並將矽-23的質量精度提高近7倍。

結果顯示矽-22具有正的雙質子分離能，確認它位於質子滴線但不會自發釋放兩個質子，解決了核物理學界長期爭論。研究團隊進一步計算發現，矽-22的質子配對能與其映象核氧-22的中子配對能呈現驚人相似，證實14確實是新的質子幻數。

有趣的是，雖然矽-22與氧-22都具有雙幻數特性，但研究發現矽-22的質子空間分佈比氧-22的中子分佈更為擴散，顯示微妙的對稱性破缺現象。

這項研究不僅深化我們對奇特原子核結構的理解，更為核子相互作用和極端核種存在性提供了嶄新視角。研究獲得中國國家重點研發計劃、中科院戰略性先導科技專項等多項支援。