近日，中國科學院近代物理研究所超重核研究團隊與合作者利用中國超重元素研究加速器裝置(CAFE2)，首次合成了新核素鏷-210，該核素是目前已知的最缺中子的鏷同位素。相關(guān)研究成果于5月29日發(fā)表在《自然-通訊》(Nature Communications)上。

合成與研究新核素是原子核物理研究的前沿熱點，對于探索原子核的存在極限、揭示新物理現(xiàn)象、深化對物質(zhì)結(jié)構(gòu)的理解具有重大意義。然而，在極端缺中子的錒系核區(qū)，新核素的產(chǎn)生截面極低(皮巴量級)，且壽命極短(毫秒甚至微秒量級)，這對實驗合成研究帶來了巨大的挑戰(zhàn)。

研究團隊利用中國超重元素研究加速器裝置(CAFE2)提供的鈣-40束流轟擊镥-175靶，通過熔合蒸發(fā)反應(yīng)，在充氣反沖核譜儀(SHANS2)上成功合成了質(zhì)子滴線外新核素鏷-210，并成功測量了該核素的α衰變能量和半衰期。

結(jié)合已有實驗數(shù)據(jù)，團隊拓展了重核區(qū)質(zhì)子滴線附近核素α衰變性質(zhì)的系統(tǒng)性，并檢驗了理論模型對遠離β穩(wěn)定線原子核性質(zhì)的預言。基于其非禁戒α衰變特性，研究建議了鏷-210基態(tài)的自旋宇稱為(3?)，這一結(jié)論得到了大規(guī)模殼模型及粒子數(shù)守恒推轉(zhuǎn)殼模型理論計算的支持。此外，根據(jù)測量的質(zhì)子分離能，研究提供了鏷-210中不存在托馬斯-埃爾曼效應(yīng)的實驗證據(jù)。

本工作由近代物理所聯(lián)合中國科學院大學、先進能源科學與技術(shù)廣東省實驗室、山東大學、中山大學、中國科學院理論物理研究所、同濟大學、蘭州大學、南京航空航天大學、廣西師范大學、英國約克大學的研究人員合作完成。論文第一作者為近代物理所副研究員張明明，近代物理所馬龍研究員和甘再國研究員為共同通訊作者。

該研究得到了國家重點研發(fā)計劃、廣東省基礎(chǔ)與應(yīng)用基礎(chǔ)研究重大項目、中國科學院戰(zhàn)略性先導科技專項、國家自然科學基金、甘肅省重大項目等項目的支持。 

圖1：實驗測得的α衰變能譜和母子核α粒子能量的二維符合散點圖

圖2：新一代充氣反沖核譜儀(SHANS2)