近日，蘭州大學核科學與技術學院、稀有同位素前沿科學中心牛一斐教授團隊與西安交通大學物理學院栗建興教授團隊合作，針對核物理中長期存在的難題——“如何測量具有更高多極性的同位旋矢量巨共振”，提出了一種基于電子探針調控原子核巨多極共振的新方案。該研究成果以“Angular Momentum Resolved Inelastic Electron Scattering for Nuclear Giant Resonances”為題，發表在物理學期刊《物理評論快報》(Physical Review Letters)上。西安交通大學物理學院博士研究生盧知為和蘭州大學核科學與技術學院博士研究生郭亮為該論文共同第一作者，牛一斐教授和栗建興教授為該論文的共同通訊作者。南開大學和西北核技術研究所為該論文的合作單位。

原子核巨共振由核內核子集體運動所引起，其不僅在核結構研究中具有基礎性作用，而且可以作為約束核狀態方程的手段，從而對理解超新星爆炸和中子星結構等一系列天體物理過程至關重要。然而，實驗研究仍面臨重大挑戰：現有探針難以有效激發具有更高多極性的同位旋矢量巨共振。電子散射是目前的主要實驗手段，但由于實驗探針的多極選擇性不足以及數據提取的模型依賴性過強，其獲得的躍遷強度和共振寬度等關鍵參數的不確定度較大。

圖：平面波電子(a)和渦旋電子(b)激發原子核的示意圖

該工作基于準粒子無規相位近似模型，將電子的軌道角動量引入傳統理論框架中，發展了角動量分辨的非彈性散射理論。研究發現，無論平面波還是渦旋電子激發巨共振，散射電子的角動量狀態均與原子核磁量子數M相關聯，通過精確測量散射電子態，可實現多極共振躍遷強度的模型無關提取。此外，平面波電子激發巨共振可有效產生具有軌道角動量的渦旋電子;而渦旋電子激發巨共振的微分散射截面與碰撞參數的依賴關系，為探測相對論高能渦旋電子的角動量提供了新方法。該研究揭示了軌道角動量在調控核躍遷中的關鍵作用，為核結構的理解開辟了新的視角，并為高能渦旋電子的產生和探測提供了新的可能性，激發了對渦旋電子應用的深入探索。

該研究工作得到了國家自然科學基金、國家重點研發計劃、中物院激光聚變研究中心、陜西基礎(數學、物理)研究院、中國核工業集團公司創新科學計劃以及理論物理專款上海核物理理論研究中心等項目經費支持。