近日，中山大学中法核工程与技术学院核数据团队在原子核结构领域取得系列重要进展，作为主要单位在国内外知名学术期刊上发表两篇高水平研究论文，涵盖原子核结构与新伽马-伽马三重符合技术、定时精度研究等多个方向。
01
新快时间测量技术与N=50链上
部分 辛弱数对称性破缺
辛弱数守恒是半满壳原子核晕态结构的重要特征，BE2是表征该特征的关键实验可观测量。在N = 50同中子素链中，B(E2; 4+→2+) 跃迁强度长期观测到94Ru中显著增强而96Pd中显著抑制的异常行为，明显偏离辛弱数守恒的“U”型演化结构，暗示了部分辛弱数对称性破缺。然而，此前94Ru中4+态寿命的三次独立测量结果在误差范围内互不吻合，成为该领域持续多年的关键争议。
研究团队与中国科学院近代物理研究所，中国原子能研究院，深圳大学，深圳技术大学，北京航空航天大学等单位合作，利用在兰州重离子加速器(HIRFL)上完成的36Ar + 64Zn熔合蒸发反应实验，创新性地发展了一种延迟门控LaBr3三重γ符合谱学方法。该方法利用已知的纳秒级同核异能态，通过精确选择延迟符合时间窗，仅使用LaBr3探测器即可实现92Mo与94Ru两个同位素的有效甄别，大幅简化了传统符合测量中需要高纯锗探测器才能完成的复杂配置。
实验测得94Ru中4+态寿命为70(4) ps，是迄今为止首次在误差范围内与早期独立测量同时取得一致的实验数据。实验数据证明了B(E2; 4+→2+)在94Ru中的增强与在96Pd中的抑制，与辛弱数守恒的预期趋势明显偏离，是部分辛弱数对称性破缺的显著实验信号。
为进一步理解此同中素链表现出的部分辛弱数对称性破缺的原因，团队进行了组态相互作用壳模型计算。研究人员通过考虑辛弱数组态混合与相互作用的关联，对非对角两体相互作用矩阵元进行强度调节，实现了42<=Z<=48,N=50同中素晕态BE2演化规律的成功描述，系统揭示不同占据数下g9/2轨道不同辛弱数组态间的量子干涉机制。
图 1 (a-b) 两重γ开窗后的γ能量-时间差谱 (c-e) 利用94Ru与92Mo的6+态寿命的量级差异，选择不同的延迟符合时间窗，能够将94Ru与92Mo的4+态分离、筛选出来
图 2 N = 50链中(a) B(E2; 2+→0+)、(b) B(E2; 4+→2+)、(c) B(E2; 6+→4+)和(d) B(E2; 8+→6+)跃迁的实验值与壳模型计算结果。
本论文共同第一作者为硕士研究生魏文昊，博士后蔡博帅，通讯作者为张广鑫助理教授，袁岑溪教授，以及瑞典皇家理工学院亓冲教授。
02
LaBr3(Ce)探测器高精度数字化
定时方法研究
高精度时间测量是核探测与快时间谱学的关键技术。在基于闪烁体探测器(如 LaBr₃)的γ射线快时间测量中，传统模拟方法虽精度较高，但在大规模探测阵列中面临系统复杂、死时长、调节不便等瓶颈。近年来，数字化系统因结构简洁、灵活性高而成为主流，但其定时精度受限于采样率、相位差和信号形态，尤其在采样周期大于目标时间分辨时，严重依赖插值算法与波形特征。目前国际研究在数字化定时方面虽有进展，但对相位差影响、最优上升沿长度等关键问题仍缺乏明确结论。
为此，本研究聚焦数字化恒比定时(Digital CFD)方法，通过系统仿真分析影响定时精度的关键因素。构建了完整的脉冲生成、离散采样及定时分析流程，重点考察相位差、上升沿时间及定时参数对时间分辨的影响。
研究结果表明：相位差是制约数字化定时精度的核心因素之一。当两个信号时间差为采样周期的半整数倍时，定时误差达到最大，并可能导致时间差谱出现双峰结构;而当时间差为整数倍时，相位误差可部分抵消，从而获得最佳定时精度。提高采样率能够有效抑制相位差带来的不利影响。
图 3 相位差对数字化恒比定时精度的影响，σin = 100 ps，σout与σin差距越小，定时精度越高。
此外，研究发现，在数字化系统中信号上升沿并非越快越优，而是存在最优区间。当信号上升沿覆盖约4至6个采样点时，可在插值精度与信噪比之间取得最佳平衡，从而实现最优定时性能。过快的上升沿会导致采样点不足，引入较大插值误差;过慢则降低信号斜率，恶化时间分辨。
图 4 不同采样率下，不同波形的定时参数扫描结果，α为上升沿覆盖的采样点数量，代表上升沿长度，图中100，250，500 MHz采样率对应的 σin= 100 ps，1 GHz采样率时 σin = 10 ps，阴影区域为较优的上升沿长度。
本研究系统揭示了数字化定时精度对相位差与波形特征的依赖机制，为数字化快时间测量系统的参数优化与前端电子学设计提供了重要理论依据。相关结论对高性能γ谱学实验及大规模探测阵列的数字化升级具有重要指导意义。
本论文第一作者为硕士研究生孔誉谦，通讯作者为吴鸿毅博士、张广鑫助理教授。
中山大学中法核工程与技术学院核数据团队长期致力于核结构实验与理论的交叉研究，持续推进核数据评价体系的自主化与精密化。上述工作分别从γ谱学分析方法，核结构理论和探测器定时方法三个维度推进了核物理研究的深入发展。未来，团队将继续开展广泛合作，依托国内外大科学装置，发展新一代核辐射探测技术与分析方法，发展国际前沿的核物理理论，为我国核科学基础研究及应用提供有力支撑。
