近日，原子能院核物理研究所核反應(yīng)團(tuán)隊(duì)與國際合作者在理論重離子核反應(yīng)領(lǐng)域取得重要突破。利用R矩陣方法(RM)和有限元方法(FEM)求解高維核反應(yīng)耦合道方程，實(shí)現(xiàn)了對(duì)重反應(yīng)體系背角準(zhǔn)彈散射和俘獲截面的穩(wěn)定描述，發(fā)現(xiàn)原子核在“振動(dòng)”(多聲子態(tài))和“量子旋轉(zhuǎn)”(高自旋態(tài))時(shí)，可以更容易“穿山而過”。本研究計(jì)算得到的俘獲截面可作為其它熔合或多核子轉(zhuǎn)移模型的輸入，為研究超重核的進(jìn)一步合成過程提供了理論工具。

該研究成果發(fā)表于核物理國際重要學(xué)術(shù)期刊《物理快報(bào)B》(Physics Letters B)，第一作者為原子能院核物理研究所溫培威副研究員，通訊作者為俄羅斯杜布鈉聯(lián)合核子研究所O. Chuluunbaatar教授、比利時(shí)布魯塞爾自由大學(xué)P. Descouvemont教授、核物理研究所林承鍵研究員。

超重元素在自然界中極難穩(wěn)定存在，幾乎只能通過實(shí)驗(yàn)室中原子核的碰撞合成。微觀世界中，原子核都帶有正電，當(dāng)兩個(gè)原子核碰撞靠近時(shí)，它們就像兩個(gè)互相排斥的磁鐵，中間有一座“電斥力大山”，這座大山就是庫侖勢(shì)壘。要想讓原子核熔合成新的超重核，必須有足夠的能量“助推”它們翻過這座山，或者讓它們通過量子隧穿的方式“穿山而過”。

在近庫侖勢(shì)壘能區(qū)，原子核的能量十分接近“翻山”的要求。該能區(qū)的重離子熔合反應(yīng)是合成超重核的主要途徑，涉及多粒子勢(shì)壘隧穿和多反應(yīng)道耦合等基本量子機(jī)制，長(zhǎng)期以來一直是核物理研究的熱點(diǎn)。其中，高維耦合效應(yīng)可能導(dǎo)致熔合增強(qiáng)，其勢(shì)壘分布也更加平滑。

48Ti+208Pb體系背角準(zhǔn)彈性散射約化截面

在傳統(tǒng)研究中，研究人員一般采用Numerov(MN)差分法模擬相關(guān)反應(yīng)，但面對(duì)超重核合成相關(guān)復(fù)雜的反應(yīng)體系，這種方法存在嚴(yán)重的數(shù)值不穩(wěn)定問題。為此，原子能院核反應(yīng)團(tuán)隊(duì)與國際合作者創(chuàng)新提出采用RM和FEM求解高維耦合道方程。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，對(duì)于重反應(yīng)體系鈦-48和鉛-208(48Ti+208Pb),其為達(dá)到收斂所需的最高角動(dòng)量量子數(shù)高達(dá)約1000，此時(shí)理論計(jì)算的截面不再隨角動(dòng)量的增加而變化，RM和FEM在計(jì)算穩(wěn)定性與精度方面高度一致，明顯優(yōu)于MN方法。

51V+248Cm 反應(yīng)的俘獲激發(fā)函數(shù)

研究人員還對(duì)不同耦合方案下釩-51與鋦-248(51V + 248Cm)反應(yīng)體系的俘獲截面進(jìn)行了分析，發(fā)現(xiàn)隨著靶核中高階轉(zhuǎn)動(dòng)態(tài)的引入，壘下截面顯著增強(qiáng)，表明高自旋態(tài)耦合對(duì)量子隧穿概率具有顯著影響?？梢岳斫鉃?，原子核像“量子陀螺”一樣高速旋轉(zhuǎn)，自旋越快，它們繞過能量屏障，直接“穿山而過”的概率就越大。

該研究得到國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、國家自然科學(xué)基金、基礎(chǔ)研究特區(qū)、財(cái)政部穩(wěn)定支持等項(xiàng)目資助。