中大新聞網(wǎng)訊（通訊員袁岑溪）近日，中山大學(xué)與中國科學(xué)院近代物理研究所、山東大學(xué)等單位組成的科研團(tuán)隊(duì)首次合成了新核素鋨-160、鎢-156。2024年2月15日，相關(guān)成果作為亮點(diǎn)論文（Highlights）在國際學(xué)術(shù)期刊《物理評論快報(bào)》（Physical Review Letters）發(fā)表。該工作同時(shí)入選編輯推薦（Editors’ Suggestion）和物理亮點(diǎn)（Featured in Physics），并同時(shí)被美國物理學(xué)會(huì)的Physics雜志在線報(bào)道。該工作發(fā)表后，央視新聞、科技日報(bào)等媒體發(fā)布了相關(guān)新聞報(bào)道，并在人民日報(bào)、人民網(wǎng)、新華網(wǎng)、中國日報(bào)、光明網(wǎng)、學(xué)習(xí)強(qiáng)國等上百個(gè)媒體轉(zhuǎn)載報(bào)道。

原子核是由質(zhì)子和中子組成的量子多體系統(tǒng)。不同數(shù)量的質(zhì)子和中子，構(gòu)成了具有不同性質(zhì)的原子核，科學(xué)家們把它們稱為核素。合成和研究新核素，不僅對認(rèn)識物質(zhì)結(jié)構(gòu)具有重要意義，而且為理解天體環(huán)境的演化提供重要信息，是探索自然奧秘的重要手段。

新核素鋨-160和鎢-156在核素圖上的位置（圖/楊華彬）

研究團(tuán)隊(duì)依托蘭州重離子加速器，利用充氣反沖核譜儀SHANS，通過熔合蒸發(fā)反應(yīng)合成了新核素鋨-160和鎢-156。鋨-160（中子數(shù)為84）具有α放射性，而鎢-156（中子數(shù)為82）具有β+衰變的放射性。團(tuán)隊(duì)測量了鋨-160的α衰變粒子能量、半衰期及鎢-156的半衰期等性質(zhì)。

通過系統(tǒng)分析新測量數(shù)據(jù)和已有數(shù)據(jù)，研究人員發(fā)現(xiàn)當(dāng)原子序數(shù)大于68時(shí)，中子數(shù)為84、85的同中子素的α粒子預(yù)形成概率逐漸變小，揭示了中子數(shù)為82的殼效應(yīng)在缺中子核素中增強(qiáng)的現(xiàn)象。進(jìn)一步研究認(rèn)為該效應(yīng)增強(qiáng)的原因在于不斷逼近可能較穩(wěn)定的雙幻核——鉛-164 (質(zhì)子數(shù)為82、中子數(shù)為82)。本工作首次明確給出了中子數(shù)為82的中子殼在缺中子核素一側(cè)的演化情況，使我國的新核素研究進(jìn)入了一個(gè)新的核區(qū)。

近年來，中山大學(xué)在我國新核素合成和沖擊新元素方向做出新的貢獻(xiàn)。本工作中，借助學(xué)校天河二號超級計(jì)算機(jī)，學(xué)校中法核工程與技術(shù)學(xué)院核數(shù)據(jù)科學(xué)與應(yīng)用團(tuán)隊(duì)使用該團(tuán)隊(duì)最新構(gòu)建的原子核相互作用，在組態(tài)相互作用模型框架下揭示這一區(qū)域中子殼增強(qiáng)現(xiàn)象，并可深入分析其如何被相互作用影響。袁岑溪副教授與近代物理研究所甘再國研究員、山東大學(xué)王守宇教授為共同通訊作者，劉夢蘭（現(xiàn)為中山大學(xué)21級博士研究生）和徐蘇揚(yáng)（現(xiàn)為近代物理研究所博士研究生）分別進(jìn)行主要理論分析和做出實(shí)驗(yàn)貢獻(xiàn)。

新核素的合成和性質(zhì)測量需要大科學(xué)裝置完成，新核素性質(zhì)背后的物理機(jī)理分析需要理論模型的幫助。2017年之前，作為原子核的重要模型之一，組態(tài)相互作用殼模型幾乎未被用于新核素性質(zhì)分析，主要面臨的難點(diǎn)有：1、沒有合適的相互作用；2、多體計(jì)算復(fù)雜度增長的指數(shù)墻物理。近些年來，該團(tuán)隊(duì)持續(xù)構(gòu)建和優(yōu)化適合描述新核素的相互作用，探索如何考慮重要的多體關(guān)聯(lián)降低計(jì)算規(guī)模，成功突破這兩個(gè)難點(diǎn)，陸續(xù)合作完成了8個(gè)新核素合成的工作：新核素镎-219（2017年合成），團(tuán)隊(duì)理論分析結(jié)合實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)共同建議其自旋宇稱為9/2+；新核素鈾-214（2021年合成），團(tuán)隊(duì)理論分析其α衰變增強(qiáng)來自于質(zhì)子中子相互作用的增強(qiáng)；新核素鎂-18，團(tuán)隊(duì)嘗試用弱束縛效應(yīng)解釋其能譜（2021年合成）；新核素釷-207（2022年合成），團(tuán)隊(duì)用對散射解釋其附近區(qū)域的α衰變能奇偶效應(yīng)。

研究團(tuán)隊(duì)教師合影

中國尚未合成過新元素，我國科學(xué)家正準(zhǔn)備沖擊“中國元素”。目前，學(xué)校共合作合成了8個(gè)新核素，參與廣東省基礎(chǔ)與應(yīng)用基礎(chǔ)研究重大項(xiàng)目“超重核素合成及新方法研究”，多次舉辦研討會(huì)組織討論新元素合成的條件和其衰變性質(zhì)，合作研發(fā)反沖衰變標(biāo)記裝置鑒別新核素或新元素的伽馬衰變譜，揭示新核素镎-219、鈾-214、鎂-18、釷-207性質(zhì)背后的物理機(jī)理，通過建立新理論模型和方法可靠預(yù)言合成超重元素的最佳反應(yīng)能量，基于機(jī)器學(xué)習(xí)方法研究超重新核素和新元素的衰變模式，為沖擊“中國元素”貢獻(xiàn)中大力量。

論文鏈接：https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.132.072502、

Physics報(bào)道鏈接：https://physics.aps.org/articles/v17/s22

央視新聞報(bào)道：https://news.cctv.com/2024/02/19/ARTIo1iKhSVqGU7ji36ej2Xq240219.shtml

科技日報(bào)報(bào)道：https://mp.weixin.qq.com/s/j_zNN10LGxC9WsOA5b713Q