神秘莫測的原子核激動人心的發現

柳衛平

（中國原子能科學研究院 102413）

核科學技術的發展惠及科學研究、國家安全和能源環境等一系列重大應用，因此一直以來都受到各科技強國的重視，是全球必爭的戰略高地，對國家建設起著舉足輕重的作用。核技術的廣泛應用使我們變成經濟強國，核基礎的領先將使我們能高瞻遠矚，在核能和核技術領域有更好的創新思路。遠離穩定線的原子核性質研究能夠解決全球關注的核物理以及核天體物理的基礎性科學難題。這些問題取得突破后，我國的核物理基礎研究將實現從“跟跑”到“并跑”甚至“領跑”的跨越。

核物理研究過程中發展起來的核反應、衰變和質量數據，高分辨率的特種譜儀、大立體角探測器陣列和高集成度數字化信號處理技術，大型伽馬探測技術，原子核激發態壽命測量技術及先進的核物理實驗數據獲取與測量技術等還可在核裝置、核數據測量、核技術、高能物理、空間物理和核醫學等其他領域得到應用，提高我國的國家安全和經濟建設水平。

目前，國際核物理的發展重點是遠離穩定線的原子核性質研究。自20 世紀80 年代中期以來，人們開始對不穩定原子核的性質進行研究,發現了一些新現象和新規律。如核子分布的暈結構、殼結構的新幻數、新形變、新的退激方式和集團自組織等,這些現象預示著在遠離穩定線的區域,原子核的結構和作用方式會發生系統的演變,并出現以新的結構自由度和新的有效相互作用為表征的新物理。對這些新現象的研究，將極大地改變人們對原子核的傳統認識，極大地推動原子核的理論模型發展。

為解決上述極端遠離穩定線的原子核性質研究難題，首先需要大型放射性束裝置。目前,國際上開展不穩定核性質研究比較活躍的研究機構有:美國的MSU、日本的RIKEN、德國的GSI 和法國的GANIL 等。我國的裝置有CSR、BRIF 等。這些裝置的成功建設將為遠離穩定線核的性質研究提供如下前所未有的機遇。

滴線區的原子核能使我們更接近新核素的邊界，探索它們的新衰變方式，新結構和新幻數，超形變，高自旋高同位旋，以及極端豐中子條件下的原子核性質，一直是核科學的重要研究方向?，F有的原子核理論模型，大都是對穩定線附近的原子核研究基礎上建立起來的。滴線區原子核的研究進步將檢驗和發展現有的原子核理論，探索原子核穩定的極限。

宇宙重元素的起源是當前未解決的一個物理學疑難問題?？茖W家們預言，在超新星爆炸和中子星并合時的r-過程可能是重元素產生的場所。研究極端遠離穩定線的原子核特性，有助于定量理解rp-過程和r-過程中的核合成，弄清恒星的演化過程及其爆炸的命運結局。

原子核理論預言，在已知核半島頂端以外，可能存在超重核穩定島。尋找超重核一直是人們努力探索的一個重要課題。因為超重核是根據原子核理論預言的，它的存在與否是對原子核理論的嚴格檢驗。如果能發現超重核，不僅對核物理和核化學會產生重要影響，而且對天體物理和原子物理都會產生影響。使用極端遠離穩定線的原子核作為炮彈進行超重核合成的嘗試，將大大地推動原子核理論的發展。

各種極端條件下的核物質狀態方程也是目前核物理研究中最具挑戰的問題之一。對稱能是非對稱核物質態方程的核心參數，其密度依賴對遠離β穩定線原子核的結構和反應、超新星爆發機制、中子星內部結構、早期宇宙演化的物質的形成等起重要作用。利用極端遠離穩定線的放射性離子束可以獲取核物質狀態方程對同位旋的依賴關系，為非對稱核物質狀態方程的研究提供最好的機遇。

為向公眾展示上述激動人心的物理發現和廣闊的核科學與諸多學科的交叉應用，我們邀請靳根明老師組織撰寫了原子核內部結構和各種反應和衰變現象的系列科普文章。靳根明研究員在核物理實驗領域深耕多年，對相關前沿領域的進展和發展思路有較深的理解，他的文章深入淺出，可以幫助各位非核物理專業的讀者比較快速地理解神秘莫測的原子核內部，從而了解這些領域的新奇現象和驅動這些現象的原子核物理規律。