近日，原子能院核物理研究所核反应团队与国际合作者在理论重离子核反应领域取得重要突破。利用R矩阵方法(RM)和有限元方法(FEM)求解高维核反应耦合道方程，实现了对重反应体系背角准弹散射和俘获截面的稳定描述，发现原子核在“振动”(多声子态)和“量子旋转”(高自旋态)时，可以更容易“穿山而过”。本研究计算得到的俘获截面可作为其它熔合或多核子转移模型的输入，为研究超重核的进一步合成过程提供了理论工具。
该研究成果发表于核物理国际重要学术期刊《物理快报B》(Physics Letters B)，第一作者为原子能院核物理研究所温培威副研究员，通讯作者为俄罗斯杜布钠联合核子研究所O. Chuluunbaatar教授、比利时布鲁塞尔自由大学P. Descouvemont教授、核物理研究所林承键研究员。
超重元素在自然界中极难稳定存在，几乎只能通过实验室中原子核的碰撞合成。微观世界中，原子核都带有正电，当两个原子核碰撞靠近时，它们就像两个互相排斥的磁铁，中间有一座“电斥力大山”，这座大山就是库仑势垒。要想让原子核熔合成新的超重核，必须有足够的能量“助推”它们翻过这座山，或者让它们通过量子隧穿的方式“穿山而过”。
在近库仑势垒能区，原子核的能量十分接近“翻山”的要求。该能区的重离子熔合反应是合成超重核的主要途径，涉及多粒子势垒隧穿和多反应道耦合等基本量子机制，长期以来一直是核物理研究的热点。其中，高维耦合效应可能导致熔合增强，其势垒分布也更加平滑。
48Ti+208Pb体系背角准弹性散射约化截面
在传统研究中，研究人员一般采用Numerov(MN)差分法模拟相关反应，但面对超重核合成相关复杂的反应体系，这种方法存在严重的数值不稳定问题。为此，原子能院核反应团队与国际合作者创新提出采用RM和FEM求解高维耦合道方程。结果发现，对于重反应体系钛-48和铅-208(48Ti+208Pb),其为达到收敛所需的最高角动量量子数高达约1000，此时理论计算的截面不再随角动量的增加而变化，RM和FEM在计算稳定性与精度方面高度一致，明显优于MN方法。
51V+248Cm 反应的俘获激发函数
研究人员还对不同耦合方案下钒-51与锔-248(51V + 248Cm)反应体系的俘获截面进行了分析，发现随着靶核中高阶转动态的引入，垒下截面显著增强，表明高自旋态耦合对量子隧穿概率具有显著影响。可以理解为，原子核像“量子陀螺”一样高速旋转，自旋越快，它们绕过能量屏障，直接“穿山而过”的概率就越大。
该研究得到国家重点研发计划、国家自然科学基金、基础研究特区、财政部稳定支持等项目资助。
