外来钾同位素的电荷半径挑战核结构理论

在核物理学中，所谓的幻数就是这样的核质子和/或中子数，与核图上的相邻同位素相比，其核更稳定。芬兰于韦斯屈莱大学的实验和理论核物理研究人员参加了国际研究小组，该小组研究了钾同位素的核电荷半径。使用共线共振电离光谱技术研究了同位素。结果表明，中子数为32的钾同位素不符合魔术中子数的标准。研究结果于2021年1月发表在《自然物理学》杂志上。

质子和中子的比例极高，远非我们从周期表中众所周知的稳定同位素，而是质子和中子的极高比例导致了新现象的出现，这些现象检验了我们对核力的理解。

这些力的一个众所周知的特征是，具有一定数量的质子和/或中子的某些核比其相邻的同位素更稳定。我们将这些数字称为幻数。它们导致更长的半衰期，并且比其他非魔术核的预期寿命更短。

在钾同位素的质量区域中，提出了32个作为中子的新魔术数。对核图这些特殊区域的实验研究对于揭示新现象至关重要，并通过与最新的核理论进行比较，测试我们对它们的理解程度。

 使用CERN，ISOLDE的共线性共振电离光谱技术进行测量。

但是，实际上，这些同位素只能在加速器的帮助下产生，而且只能在极短的样品中产生。这推动了实验技术的不断发展，以提高效率和对我们希望测量的核特性的敏感性。

修改设置以测量52K核电荷半径

在这项研究中，研究人员使用CERN，ISOLDE的共线性共振电离光谱(CRIS)技术对外来钾同位素进行了激光光谱研究。

“对于用33个中子(52K)测量钾同位素，我们修改了设置，通过检测该同位素的衰变来增加方法的选择性，从而减少了稳定物种引入的背景噪声。利物浦大学的博士后研究员Agota Koszorus说：“核电荷半径为52K”，他现在居住在于韦斯屈莱大学。

“如果这种同位素的大小比拟议中的魔术邻居51K大得多，我们将证实32号中子的魔术性质。但是，我们的结果显示出一个不断增加的趋势，这意味着32个中子没有一个中子。她总结说。

从理论上讲，钾同位素的核结构是通过两种不同的理论方法建模的，即核密度泛函理论(DFT)和耦合簇(CC)理论。

“ DFT是较重核的理想方法，而CC更适合轻质和中等质量核。钾区域为同时测试这些方法提供了理想的契合点。两种理论方法都需要有关核相互作用的信息。为此， ，应用了最先进的核结构模型：DFT计算使用了非常成功的Fayans能量密度泛函，而CC计算则使用了最新的从头算起的手性势能，”美国大学物理系副教授Markus Kortelainen说道。于韦斯屈莱。

虽然两种理论方法都再现了电荷半径同位素位移的一般实验趋势，但仍存在一些缺点。DFT结果表明，相邻奇数和偶数中子数同位素之间的电荷半径错位明显过高，而CC计算则难以重现较重同位素的实验趋势。这些观察敦促进一步改善目前的核结构模型。