北京大学杨再宏和叶沿林教授团队在丰中子核奇特集团结构研究方面取得进展
2024/03/26
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图 利用8He原子核的非弹散射实验研究8He(02+)类BEC集团态的示意图
(a) 8He(02+)态单极跃迁强度的实验结果与理论计算的比较；(b) 8He(02+)态的中子关联谱
在国家自然科学基金项目（批准号：12027809、12275006、12175042、12335007）等资助下，北京大学杨再宏和叶沿林教授团队在丰中子滴线核8He的集团结构及双中子集团凝聚态研究方面取得进展。研究成果以“氦-8原子核中观测到奇特的02+集团态（Observation of the exotic 02+ cluster state in 8He）”为题，于2023年12月13日发表于《物理评论快报》（Physical Review Letters），并同时入选该刊的“编辑推荐”和“物理亮点”。论文链接：https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.131.242501。
当玻色子原子体系处于接近绝对零度的极低温度时，所有原子会聚集到能量最低的量子态，从而产生一种新的物质形态，即玻色-爱因斯坦凝聚态（Bose–Einstein condensate，简称BEC）。近年来，费米子原子体系的凝聚态已在实验中发现。理论预言，在丰中子原子核体系中也存在类似的由强关联中子对形成的凝聚态，可能也存在于中子星中，对认识中子星的结构和性质具有重要意义。
研究团队提出并主导在日本理化学研究所的放射性束流装置上开展8He的非弹激发与衰变实验。部分8He原子核通过与碳靶作用发生单极跃迁从而生成02+共振态，该态随即衰变为一个6He原子核和一对中子，并被磁谱仪和专门设计的中子探测器阵列所探测。通过深入分析反应及衰变过程中的粒子关联效应，区分了多中子参与的复杂反应与衰变机制，从而排除复杂的本底过程，最终清楚识别了02+激发态（图）。进一步的分析表明，它的生成过程具有很强的单极跃迁强度、并通过发射强关联的中子对发生衰变，这些特征与理论预言相符，从而确认了其类BEC的集团结构。
这项研究揭示了丰中子原子核体系的一种新特性，有助于深入认识不稳定核奇特结构以及中子星的结构和性质。
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