近代物理所CSR原子核質量精確測量獲進展

中國科學院近代物理研究所質量測量團隊利用蘭州重離子加速器冷卻儲存環（HIRFL-CSR）裝置，首次測量了短壽命核素52Co及其同核異能態的質量，並結合已有數據重新構建了52Ni的β衰變綱圖，在原子核質量精確測量研究中取得又一重要成果。

同位旋相似態(Isobaric Analog State，IAS)指的是自旋、宇稱及同位旋量子數都相同，僅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個概念。同位旋相似態的性質在原子核結構、同位旋對稱性、CKM矩陣幺正性檢驗以及核天體物理等研究領域都有重要應用。

已有的實驗數據表明，A=52、T=2的同位旋相似態與量子力學微擾理論框架下得到的同位旋多重態質量公式（Isospin Multiplet Mass Equation，IMME）具有明顯差異。這一奇特現象引起了核物理學家的廣泛關注。為釐清這一問題，需要建立完整的52Niβ衰變綱圖，因此必須精確測量52Co基態及其同核異能態的質量。

近代物理所科研人員首次運用CSRe直線段上的狹縫限制了儲存環中離子的發射度，使等時性質量譜儀的分辨能力提高了兩倍，從而在飛行時間譜上清楚地區分了52Co的基態及其同核異能態（見圖）。實驗測得52Co同核異能態的激發能僅為387(13)keV，其質量相對精度σm/m達到了1.6*10-7，是目前國際同類裝置測量的最高水平。

利用精確測量的質量數據，研究人員重新構建了52Niβ衰變綱圖，重新指認了52Co中T=2的同位旋相似態，發現IMME公式依然能夠描述A=52、T=2的同位旋相似態。研究人員結合殼模型計算，發現52Co的T=2 同位旋相似態中同位旋混合程度極低，因此其主要通過γ躍遷退激，而通過質子發射到51Fe基態衰變道幾乎可以忽略。這一發現進一步豐富了人們對於β衰變及同位旋相似態的認識，並指出了在β緩發質子譜研究中普遍使用了50年之久的同位旋相似態指認規則的局限性。這項成果具有廣泛的應用前景。

此項研究得到了科技部「973」項目、國家自然科學基金委和中科院西部之光項目的支持。該研究成果在國際物理學期刊《物理評論快報》發表。

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圖：實驗中得到的迴旋周期譜