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中日科学家合作精确测定镧-149基态质量 修正先前核结构异常推论

2026-06-15 11:25          核物理 镧-149基态质量 中国 日本 核物理原子核

2026年6月11日,日本高能加速器研究机构(KEK)与理化学研究所(RIKEN)发布联合新闻稿宣布,由KEK粒子与核研究所、光核科学中心、理化学研究所先锋研究所、理化学研究所加速器科学中心、中国科学院近代物理研究所及九州大学等机构组成的国际合作研究小组,成功实现了不稳定短寿命同位素镧-149(¹⁴⁹La)的质量与半衰期同步测量,并高精度测定了其基态质量值。该成果已发表于《物理评论快报》(Physical Review Letters)。

原子核质量是验证核结构理论模型不可或缺的基础数据。2025年,芬兰于韦斯屈莱大学(JYFL)研究小组通过精密质量测量报告称,富中子镧同位素的双中子分离能(S₂n)随中子数变化呈特异台阶状结构,偏离通常的平滑行为,暗示镧同位素可能存在独特核结构,但也引发了科学界讨论。验证这一现象的关键在于高精度测定中子数为92的镧-149基态质量。

本次研究采用锎-252和锔-248的自发裂变产生镧-149,不同于JYFL采用的铀同位素诱导裂变机制。高能镧-149离子在极低温氦气室中减速后,经离子阱聚集冷却,注入多反射飞行时间(MRTOF)质谱仪进行精密测量。研究小组在MRTOF质谱仪中创新性地结合了β衰变检测机制(β-TOF检测器),将离子飞行时间数据与注入后的β衰变事件关联分析,确认观测信号源于短寿命不稳定核镧-149而非稳定同位素分子,并以高确度识别出所测得的镧-149对应其核基态。

实验结果显示,本次测得的镧-149基态质量比JYFL先前预测值轻约200千电子伏特(0.2兆电子伏特),与美国阿贡国家实验室此前利用彭宁离子阱质谱仪测得的独立数据高度吻合。利用最新质量值重新计算后,先前实验所提示的双中子分离能异常行为消失,表明镧同位素在该富中子区域并未表现出此前推测的特殊核结构。

该项研究由木村壮太博士、中国科学院近代物理研究所名誉教授和田道治、马可·罗森布施博士及石山博恒博士等人领导,主要获日本学术振兴会(JSPS)科学研究费助成事业资助。研究结果证明了质量与半衰期同步测量是识别短寿命原子核状态并精确测定质量的有效方法,为进一步探讨富中子镧同位素结构及宇宙元素合成过程提供了更可靠的实验依据。


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