神秘莫測(cè)的原子核激動(dòng)人心的發(fā)現(xiàn)

柳衛(wèi)平

（中國原子能科學(xué)研究院 102413）

核科學(xué)技術(shù)的發(fā)展惠及科學(xué)研究、國家安全和能源環(huán)境等一系列重大應(yīng)用，因此一直以來都受到各科技強(qiáng)國的重視，是全球必爭(zhēng)的戰(zhàn)略高地，對(duì)國家建設(shè)起著舉足輕重的作用。核技術(shù)的廣泛應(yīng)用使我們變成經(jīng)濟(jì)強(qiáng)國，核基礎(chǔ)的領(lǐng)先將使我們能高瞻遠(yuǎn)矚，在核能和核技術(shù)領(lǐng)域有更好的創(chuàng)新思路。遠(yuǎn)離穩(wěn)定線的原子核性質(zhì)研究能夠解決全球關(guān)注的核物理以及核天體物理的基礎(chǔ)性科學(xué)難題。這些問題取得突破后，我國的核物理基礎(chǔ)研究將實(shí)現(xiàn)從“跟跑”到“并跑”甚至“領(lǐng)跑”的跨越。

核物理研究過程中發(fā)展起來的核反應(yīng)、衰變和質(zhì)量數(shù)據(jù)，高分辨率的特種譜儀、大立體角探測(cè)器陣列和高集成度數(shù)字化信號(hào)處理技術(shù)，大型伽馬探測(cè)技術(shù)，原子核激發(fā)態(tài)壽命測(cè)量技術(shù)及先進(jìn)的核物理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)獲取與測(cè)量技術(shù)等還可在核裝置、核數(shù)據(jù)測(cè)量、核技術(shù)、高能物理、空間物理和核醫(yī)學(xué)等其他領(lǐng)域得到應(yīng)用，提高我國的國家安全和經(jīng)濟(jì)建設(shè)水平。

目前，國際核物理的發(fā)展重點(diǎn)是遠(yuǎn)離穩(wěn)定線的原子核性質(zhì)研究。自20 世紀(jì)80 年代中期以來，人們開始對(duì)不穩(wěn)定原子核的性質(zhì)進(jìn)行研究,發(fā)現(xiàn)了一些新現(xiàn)象和新規(guī)律。如核子分布的暈結(jié)構(gòu)、殼結(jié)構(gòu)的新幻數(shù)、新形變、新的退激方式和集團(tuán)自組織等,這些現(xiàn)象預(yù)示著在遠(yuǎn)離穩(wěn)定線的區(qū)域,原子核的結(jié)構(gòu)和作用方式會(huì)發(fā)生系統(tǒng)的演變,并出現(xiàn)以新的結(jié)構(gòu)自由度和新的有效相互作用為表征的新物理。對(duì)這些新現(xiàn)象的研究，將極大地改變?nèi)藗儗?duì)原子核的傳統(tǒng)認(rèn)識(shí)，極大地推動(dòng)原子核的理論模型發(fā)展。

為解決上述極端遠(yuǎn)離穩(wěn)定線的原子核性質(zhì)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(wěn)定核性質(zhì)研究比較活躍的研究機(jī)構(gòu)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(shè)將為遠(yuǎn)離穩(wěn)定線核的性質(zhì)研究提供如下前所未有的機(jī)遇。

滴線區(qū)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(jié)構(gòu)和新幻數(shù)，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(zhì)，一直是核科學(xué)的重要研究方向?，F(xiàn)有的原子核理論模型，大都是對(duì)穩(wěn)定線附近的原子核研究基礎(chǔ)上建立起來的。滴線區(qū)原子核的研究進(jìn)步將檢驗(yàn)和發(fā)展現(xiàn)有的原子核理論，探索原子核穩(wěn)定的極限。

宇宙重元素的起源是當(dāng)前未解決的一個(gè)物理學(xué)疑難問題?？茖W(xué)家們預(yù)言，在超新星爆炸和中子星并合時(shí)的r-過程可能是重元素產(chǎn)生的場(chǎng)所。研究極端遠(yuǎn)離穩(wěn)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(yùn)結(jié)局。

原子核理論預(yù)言，在已知核半島頂端以外，可能存在超重核穩(wěn)定島。尋找超重核一直是人們努力探索的一個(gè)重要課題。因?yàn)槌睾耸歉鶕?jù)原子核理論預(yù)言的，它的存在與否是對(duì)原子核理論的嚴(yán)格檢驗(yàn)。如果能發(fā)現(xiàn)超重核，不僅對(duì)核物理和核化學(xué)會(huì)產(chǎn)生重要影響，而且對(duì)天體物理和原子物理都會(huì)產(chǎn)生影響。使用極端遠(yuǎn)離穩(wěn)定線的原子核作為炮彈進(jìn)行超重核合成的嘗試，將大大地推動(dòng)原子核理論的發(fā)展。

各種極端條件下的核物質(zhì)狀態(tài)方程也是目前核物理研究中最具挑戰(zhàn)的問題之一。對(duì)稱能是非對(duì)稱核物質(zhì)態(tài)方程的核心參數(shù)，其密度依賴對(duì)遠(yuǎn)離β穩(wěn)定線原子核的結(jié)構(gòu)和反應(yīng)、超新星爆發(fā)機(jī)制、中子星內(nèi)部結(jié)構(gòu)、早期宇宙演化的物質(zhì)的形成等起重要作用。利用極端遠(yuǎn)離穩(wěn)定線的放射性離子束可以獲取核物質(zhì)狀態(tài)方程對(duì)同位旋的依賴關(guān)系，為非對(duì)稱核物質(zhì)狀態(tài)方程的研究提供最好的機(jī)遇。

為向公眾展示上述激動(dòng)人心的物理發(fā)現(xiàn)和廣闊的核科學(xué)與諸多學(xué)科的交叉應(yīng)用，我們邀請(qǐng)靳根明老師組織撰寫了原子核內(nèi)部結(jié)構(gòu)和各種反應(yīng)和衰變現(xiàn)象的系列科普文章。靳根明研究員在核物理實(shí)驗(yàn)領(lǐng)域深耕多年，對(duì)相關(guān)前沿領(lǐng)域的進(jìn)展和發(fā)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(yè)的讀者比較快速地理解神秘莫測(cè)的原子核內(nèi)部，從而了解這些領(lǐng)域的新奇現(xiàn)象和驅(qū)動(dòng)這些現(xiàn)象的原子核物理規(guī)律。