近日，兰州重离子加速器冷却储存环（HIRFL-CSR）质量测量国际合作组首次观测到缺中子核素¹⁰¹In的同核异能态，并依据实验结果研究了奇Z（质子）核中的第二类壳演化现象。该成果以快速通讯（Rapid Communications）的形式发表在期刊Physical Review C上。 

　　原子核的壳模型是描述原子核结构的基本模型，其提出者因此获得1963年诺贝尔物理学奖。原子核的壳演化研究是核物理领域的重要前沿方向。此前的研究大多集中于第一类壳演化，即原子核壳结构随着质子数、中子数变化而演化。近年来，原子核理论学家提出了第二类壳演化:在同一个原子核中，随着能量改变，核子占据的组态发生变化，从而导致原子核壳层结构的变化。目前，实验上发现的第二类壳演化的事例很少，且都存在于丰中子的偶偶核内。 

　　奇A缺中子In同位素中存在长寿命的激发态，即同核异能态，其激发能反映出重要的核结构信息。此前，国际上多个实验室开展了相关研究，发现了A>101缺中子In同位素中的同核异能态，但数次尝试在¹⁰¹In中寻找该态，都没有成功。 

　　由来自中科院近代物理所、德国重离子研究中心、日本理化学研究所等机构的科学家组成的质量测量国际合作组，基于兰州重离子加速器冷却储存环大科学装置，利用等时性质谱术，首次在¹⁰¹In中观测到同核异能态。¹⁰¹In成为最靠近质子滴线的相应核态已知的In同位素。 

　　该实验首次精确测量了¹⁰¹In中同核异能态和基态的质量，并给出其激发能。清晰鉴别该核态需要极高的分辨能力。科研人员运用储存环内的狭缝技术，使等时性质量谱仪的分辨能力达到330000。这是国际上同类技术的最好水平，保证了实验的顺利开展。 

　　此项研究是首次在奇Z核中讨论第二类壳演化现象。In的奇A同位素基态和同核异能态都是单质子空穴态，只是空穴位置不同，非常适合用来研究该质子空穴位置对于中子能级的影响。结合已有实验数据，科研人员发现In的奇A同位素中同核异能态的激发能基本不变。理论计算表明，形成这一现象的原因是，中子的1g_7/2和2d_5/2轨道非常接近，导致了非常强的中子组态混合。当¹⁰¹In同位素从基态激发到同核异能态时，质子、中子相互作用使基态和同核异能态中的中子g_7/2和d_5/2轨道发生了反转，在同一个原子核中发生组态依赖的壳演化，即第二类壳演化。

　　该工作得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金和中国科学院前沿科学重点研究等项目的支持。 

　　文章链接：https://journals.aps.org/prc/abstract/10.1103/PhysRevC.100.051303。 

图1. ¹⁰¹In原子核从基态激发到同核异能态的示意图。（徐星/图） 

　　(储存环物理室 供稿）