科学家精确测量CSR原子核质量

中国科学院近代物理研究所质量测量团队利用兰州重离子加速器冷却储存环（HIRFL-CSR）装置，首次测量了短寿命核素⁵²Co及其同核异能态的质量，并结合已有数据重新构建了⁵²Ni的β衰变纲图，在原子核质量精确测量研究中取得又一重要成果。

同位旋相似态(Isobaric Analog State，IAS)指的是自旋、宇称及同位旋量子数都相同，仅同位旋第三分量不同的一系列原子核，是核物理中非常重要的一个概念。同位旋相似态的性质在原子核结构、同位旋对称性、CKM矩阵幺正性检验以及核天体物理等研究领域都有重要应用。

已有的实验数据表明，A=52、T=2的同位旋相似态与量子力学微扰理论框架下得到的同位旋多重态质量公式（Isospin Multiplet Mass Equation，IMME）具有明显差异。这一奇特现象引起了核物理学家的广泛关注。为厘清这一问题，需要建立完整的⁵²Niβ衰变纲图，因此必须精确测量⁵²Co基态及其同核异能态的质量。

近代物理所科研人员首次运用CSRe直线段上的狭缝限制了储存环中离子的发射度，使等时性质量谱仪的分辨能力提高了两倍，从而在飞行时间谱上清楚地区分了⁵²Co的基态及其同核异能态。实验测得⁵²Co同核异能态的激发能仅为387(13)keV，其质量相对精度σm/m达到了1.6*10^-7，是目前国际同类装置测量的最高水平。

利用精确测量的质量数据，研究人员重新构建了⁵²Niβ衰变纲图，重新指认了⁵²Co中T=2的同位旋相似态，发现IMME公式依然能够描述A=52、T=2的同位旋相似态。研究人员结合壳模型计算，发现⁵²Co的T=2 同位旋相似态中同位旋混合程度极低，因此其主要通过γ跃迁退激，而通过质子发射到⁵¹Fe基态衰变道几乎可以忽略。这一发现进一步丰富了人们对于β衰变及同位旋相似态的认识，并指出了在β缓发质子谱研究中普遍使用了50年之久的同位旋相似态指认规则的局限性。这项成果具有广泛的应用前景。

此项研究得到了科技部973项目、国家自然科学基金委和中科院西部之光项目的支持。该研究成果在国际权威物理学期刊《物理评论快报》发表。

论文链接：http://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.117.182503

（据中国科学院近代物理研究所）