近日，中国科学院近代物理研究所的科研人员与来自法国、芬兰、南非和英国等国家的合作者首次成功测量了β缓发质子核镧-120的激发态结构，在质子滴线原子核的质子中子相互作用和形状演化的研究中取得重要进展，相关成果于近期发表在Physics Letters B上。

理论预言，当位于中重质量区的原子核靠近N=Z线时，质子-中子相互作用会增强，并对激发态的结构产生重要影响。同时，原子核可能伴随形状的演化，呈现出“橄榄球”（长椭球），甚至是稀有的“南瓜形”（扁椭球）、“梨形”（八极形变）和“猕猴桃形”（三轴形变）。因此，通过实验测量奇特核的激发态性质对于检验相关理论模型至关重要。

为了探索极端丰质子镧原子核的结构演化及其背后的物理机制，近代物理所和法国巴黎萨克雷大学的研究人员主导开展了寻找镧-120激发态的实验。镧-120是一种稀有的β缓发质子核，于1984年首次发现。由于熔合蒸发反应生成镧-120的截面极小，反应产物十分复杂，因此分离及鉴别镧-120极其困难。在过去的40年中，实验物理学家一直未能成功测量到镧-120的激发态。

研究团队利用芬兰于韦斯屈莱大学重离子加速器上的质量分析谱仪和伽马探测器阵列，结合多种时间空间关联测量技术，首次在实验上建立了镧-120的激发态能级结构，发现镧-120的奇偶能级劈裂符合系统性，但是它的电磁跃迁比显著不同。结合理论模型，研究团队发现镧-120展现出一种稀有的三轴形变，并且质子-中子相互作用在描述质子滴线奇奇核的结构中扮演着重要角色。

该研究得到了国家自然科学基金、中法科研伙伴交流计划项目和中国科学院未来伙伴网络专项的支持。

图1：（a）实验设置和探测原理（b）镧-120的能级结构

图2：镧-120激发态退激及beta缓发质子图（图/吕冰锋）

文章链接: https://doi.org/10.1016/j.physletb.2024.138806

(放射性束物理室   供稿）