【原子核基态存在分子型结构，证实！丨#科技最前线# 】#科学与中国#
各种各样的原子，通过排列和组合形成分子结构，进而塑造了万千世界。可你是否曾经想过，直径只有原子万分之一的原子核内部，竟然也会存在类似分子的结构？
虽然原子核非常微小，但它的质量却占原子质量的99.9%以上。长期以来，人们将原子核描绘为一个均匀、致密的球体，内部貌似没有复杂结构，就像一个球状液滴。
然而，随着对原子核的研究不断深入，科学家们逐渐发现了其内部的复杂性。一项最新的研究证实：在原子核的基态中，的确存在分子型结构。
近百年前的猜想
原子核是由质子和中子等核子组成的量子多体系统。核子间的相互作用形成了多种有趣的原子核结构，从球形核到变形核，甚至是表面密度稀疏的中子晕核。在这些结构中，质子和中子聚集形成原子核内部的亚结构（被科学家称为“集团”或“团簇”），是一个引人入胜的现象。（图1 质子和中子均匀分布的球形核（左）；原子核内形成集团结构（右） 图片来源：李朋杰）
渺小的原子核会处于许多不同的状态。其中能量最低的被称为“基态”，其他的被称为“激发态”。科学家们认为这种集团结构主要出现在激发态中，尤其是在α共轭核（其质子和中子数量均为偶数且相等）中存在。α粒子由两个质子和两个中子组成，不仅具有较高的结合能，而且极其“懒惰”，使得α集团在核内形成，具有能量优势。（图2 α共轭核随着激发能的增加，逐渐形成更高程度的α集团结构。1960年代，日本核物理学家Ikeda等指出集团结构更多地出现在α共轭核的激发态中，尤其在集团衰变阈值附近。 图片来源：K. Ikeda et al., Prog. Theor. Phys. Suppl., E68 (1968) 464.）
科学家们已经通过实验，在一些特殊原子核的激发态中发现了不少集团结构的存在。那么，在原子核的基态中是否也存在类似的结构呢？
早在1938年，理论物理学家Hafstad和Teller通过分析α共轭核的结合能，发现α-α之间相互作用的能量近似常数，因此推测铍-8、碳-12、氧-16等原子核的基态中可能存在α分子型的集团结构。但后来由于经典壳模型的单粒子描述变得流行，这一理论假设一直未能被证实。（图3 A = 4n核素的每个核子的结合能与α-α键数的关系。1938年Hafstad和Teller的结合能分析表明，α共轭核的结合能与α粒子的几何排列形成的键数成正比。 图片来源：Freer, M. Clusters in Nuclei Scholarpedia）
一项新颖的实验
近日，中国科学院近代物理研究所等国内外27家科研单位合作通过新颖的实验方法，首次发现在原子核基态中存在分子型结构，提供了迄今为止原子核基态中“集团化”的最清晰证据，研究结果发表于《物理评论快报》。
实验在日本理化学研究所放射性核束工厂（RIBF）上完成。研究团队通过逆运动学下的敲出反应，研究了铍-10的α集团结构。实验中，0.5倍光速的铍-10次级束流轰击2毫米厚的固态氢靶，束缚在铍-10核中的α集团由质子敲出，几乎不转移任何动量给反应余核，使其保持了铍-10基态中的集团结构信息。（图4 日本放射性核束工厂RIBF的超导环形回旋加速器（左）；RIBF的SAMURAI终端（右） 图片来源：日本理化学研究所）
实验结果表明，敲出反应的实验截面与微观模型下的理论预测非常吻合，从而验证了长期以来对铍-10基态的分子态结构假设。（图5 丰中子核铍-10基态集团结构敲出反应示意图 图片来源：李朋杰）
铍-10基态的物理图像类似于双原子分子，其中两个α粒子起到原子的作用，而两个中子则像成对电子一样轨道运动，形成了共价键。类似的结构可以在原子尺度上找到，但在原子核基态中非常罕见。（图6 铍-10原子核基态的分子型结构 图片来源：李朋杰）
这个发现不仅打破了人们对原子核的传统认识，也为理解微观世界带来了全新的视角。通过观察这种微小的“分子”结构，科学家们可以更深入地了解核物质内部的奥秘，重新审视原子核内部的构造和力量。
对于原子核这一微观领域的探索，这一发现可能只是冰山一角。它鼓舞着科学家们继续深入研究，探寻核内更多微小结构的存在。
各种各样的原子，通过排列和组合形成分子结构，进而塑造了万千世界。可你是否曾经想过，直径只有原子万分之一的原子核内部，竟然也会存在类似分子的结构？
虽然原子核非常微小，但它的质量却占原子质量的99.9%以上。长期以来，人们将原子核描绘为一个均匀、致密的球体，内部貌似没有复杂结构，就像一个球状液滴。
然而，随着对原子核的研究不断深入，科学家们逐渐发现了其内部的复杂性。一项最新的研究证实：在原子核的基态中，的确存在分子型结构。
近百年前的猜想
原子核是由质子和中子等核子组成的量子多体系统。核子间的相互作用形成了多种有趣的原子核结构，从球形核到变形核，甚至是表面密度稀疏的中子晕核。在这些结构中，质子和中子聚集形成原子核内部的亚结构（被科学家称为“集团”或“团簇”），是一个引人入胜的现象。（图1 质子和中子均匀分布的球形核（左）；原子核内形成集团结构（右） 图片来源：李朋杰）
渺小的原子核会处于许多不同的状态。其中能量最低的被称为“基态”，其他的被称为“激发态”。科学家们认为这种集团结构主要出现在激发态中，尤其是在α共轭核（其质子和中子数量均为偶数且相等）中存在。α粒子由两个质子和两个中子组成，不仅具有较高的结合能，而且极其“懒惰”，使得α集团在核内形成，具有能量优势。（图2 α共轭核随着激发能的增加，逐渐形成更高程度的α集团结构。1960年代，日本核物理学家Ikeda等指出集团结构更多地出现在α共轭核的激发态中，尤其在集团衰变阈值附近。 图片来源：K. Ikeda et al., Prog. Theor. Phys. Suppl., E68 (1968) 464.）
科学家们已经通过实验，在一些特殊原子核的激发态中发现了不少集团结构的存在。那么，在原子核的基态中是否也存在类似的结构呢？
早在1938年，理论物理学家Hafstad和Teller通过分析α共轭核的结合能，发现α-α之间相互作用的能量近似常数，因此推测铍-8、碳-12、氧-16等原子核的基态中可能存在α分子型的集团结构。但后来由于经典壳模型的单粒子描述变得流行，这一理论假设一直未能被证实。（图3 A = 4n核素的每个核子的结合能与α-α键数的关系。1938年Hafstad和Teller的结合能分析表明，α共轭核的结合能与α粒子的几何排列形成的键数成正比。 图片来源：Freer, M. Clusters in Nuclei Scholarpedia）
一项新颖的实验
近日，中国科学院近代物理研究所等国内外27家科研单位合作通过新颖的实验方法，首次发现在原子核基态中存在分子型结构，提供了迄今为止原子核基态中“集团化”的最清晰证据，研究结果发表于《物理评论快报》。
实验在日本理化学研究所放射性核束工厂（RIBF）上完成。研究团队通过逆运动学下的敲出反应，研究了铍-10的α集团结构。实验中，0.5倍光速的铍-10次级束流轰击2毫米厚的固态氢靶，束缚在铍-10核中的α集团由质子敲出，几乎不转移任何动量给反应余核，使其保持了铍-10基态中的集团结构信息。（图4 日本放射性核束工厂RIBF的超导环形回旋加速器（左）；RIBF的SAMURAI终端（右） 图片来源：日本理化学研究所）
实验结果表明，敲出反应的实验截面与微观模型下的理论预测非常吻合，从而验证了长期以来对铍-10基态的分子态结构假设。（图5 丰中子核铍-10基态集团结构敲出反应示意图 图片来源：李朋杰）
铍-10基态的物理图像类似于双原子分子，其中两个α粒子起到原子的作用，而两个中子则像成对电子一样轨道运动，形成了共价键。类似的结构可以在原子尺度上找到，但在原子核基态中非常罕见。（图6 铍-10原子核基态的分子型结构 图片来源：李朋杰）
这个发现不仅打破了人们对原子核的传统认识，也为理解微观世界带来了全新的视角。通过观察这种微小的“分子”结构，科学家们可以更深入地了解核物质内部的奥秘，重新审视原子核内部的构造和力量。
对于原子核这一微观领域的探索，这一发现可能只是冰山一角。它鼓舞着科学家们继续深入研究，探寻核内更多微小结构的存在。
National Museum of Asian Art Freer Gallery of Art, Washington, DC. 09/04/2023.
弗利尔的玉器就是一个早字为主，相当多属新石器良渚龙山文化，我当时整体印象就是一堆堆的琮和璧在眼前晃荡，不乏许多的大件，最大的一件边缘刻了特异形状的玉㻡索性就单独陈列于展厅间的大通道（图九图十讲解），我对古玉器也没有太多研究，前面走过台北故宫相当小家子气摆了一个玉琮还说是相当大很珍贵，相形之下我当时就觉着这弗利尔的玉收藏处处透着财大气粗横不令的样子，我那刻还琢磨着怀疑这一串串的大玉盘是真的几千年的古器嘛？。图三就是有鸟立高台刻符的三璧，看不清阿真看不清有木有。图五是我一眼相中的其中最漂亮的一件，东汉时期玉璧。
弗利尔的玉器就是一个早字为主，相当多属新石器良渚龙山文化，我当时整体印象就是一堆堆的琮和璧在眼前晃荡，不乏许多的大件，最大的一件边缘刻了特异形状的玉㻡索性就单独陈列于展厅间的大通道（图九图十讲解），我对古玉器也没有太多研究，前面走过台北故宫相当小家子气摆了一个玉琮还说是相当大很珍贵，相形之下我当时就觉着这弗利尔的玉收藏处处透着财大气粗横不令的样子，我那刻还琢磨着怀疑这一串串的大玉盘是真的几千年的古器嘛？。图三就是有鸟立高台刻符的三璧，看不清阿真看不清有木有。图五是我一眼相中的其中最漂亮的一件，东汉时期玉璧。
凤鸟纹卣yǒu（动图）#青铜国度#
西周早期青铜盛酒器，现藏于@上海博物馆 。
凤鸟纹卣因通身布满凤鸟纹而得名，器盖（P3）、器颈（P5）、器腹和圈足（P6），单侧共有5对凤鸟纹，通身共10对凤鸟纹。另外器盖钮上装饰有蝉纹（P2），提梁上装饰回首夔kuí龙（P4）。
此外这件凤鸟纹卣四面还有4条纵向的扉棱宽厚而夸张，给人以豪华贵重之感，展现出很高的社会等级。数量很少，类似的还有现藏于美国Freer美术馆（P8）和日本奈良国立博物馆的铜卣（P9）。
西周早期青铜盛酒器，现藏于@上海博物馆 。
凤鸟纹卣因通身布满凤鸟纹而得名，器盖（P3）、器颈（P5）、器腹和圈足（P6），单侧共有5对凤鸟纹，通身共10对凤鸟纹。另外器盖钮上装饰有蝉纹（P2），提梁上装饰回首夔kuí龙（P4）。
此外这件凤鸟纹卣四面还有4条纵向的扉棱宽厚而夸张，给人以豪华贵重之感，展现出很高的社会等级。数量很少，类似的还有现藏于美国Freer美术馆（P8）和日本奈良国立博物馆的铜卣（P9）。
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