威海核技术前沿创新研究院团队在原子核结构研究中取得新进展

本站讯  近日，山东大学威海核技术前沿创新研究院团队在原子核结构研究中取得新进展。研究团队首次在原子核中发现宇称-赝自旋三重带结构，为理解原子核的空间反射对称性破缺与赝自旋对称性提供了新的实验证据。相关成果“Parity-pseudospin triplet bands in ¹⁵³Eu”发表于核物理国际顶级期刊Physics Letters B上。该工作由山东大学牵头，联合中国原子能科学研究院、中国科学院近代物理研究所、北京大学、吉林大学等多家科研院所与高校的研究人员共同完成。山东大学为第一完成单位，论文第一作者为山东大学核科学技术团队博士研究生王梓懿，通讯作者为刘晨副教授。

图1 本工作建立的153Eu部分能级纲图

对称性与自发对称性破缺是现代物理学的基本概念。原子核作为由强相互作用主导的量子多体系统，蕴含着丰富的对称性信息，是研究微观体系对称性与自发对称性破缺的天然实验室。其中，空间反射对称性是指物理系统在空间坐标反演后保持不变的性质。原子核发生八极形变时，会由近似球形或椭球形变为类似“梨形”的结构，使空间反射对称性发生破缺。八极形变原子核十分罕见，它不仅在核结构理论中占据重要地位，也关联着CP对称性破缺等科学问题，而后者被认为是理解宇宙正反物质不对称起源的关键。此外，原子核中的赝自旋对称性来源于相对论量子力学，这一概念成功解释了核壳层中大量能级“反常近简并”的谜题，是连接原子核内部单粒子运动与集体转动的关键理论纽带。如果空间反射对称性与赝自旋对称性在同一原子核内共存，则可能形成宇称-赝自旋多重带结构，但此类结构此前从未在实验上被观测到。

图2 三条转动带中存在d5/2、g7/2和 h11/2组态成分的强烈混合

研究团队依托中国原子能科学研究院HI-13串列加速器实验装置，采用熔合蒸发反应布居了153Eu原子核的高自旋态，利用由23台高纯锗探测器组成的阵列开展高精度在束伽马射线符合测量，累计采集4.35亿个伽马-伽马符合事件。基于该数据，团队扩展了153Eu高自旋能级纲图，同时采用多普勒位移衰减法测量了5个高自旋能级的寿命。实验结果显示，153Eu原子核中存在三条能量近简并的转动带，带间存在显著增强的电偶极跃迁，其约化跃迁概率B(E1)比常规单粒子跃迁高出2-3个数量级，表明原子核内存在强八极关联效应。结合八极形变粒子-转子模型与宏观-微观方法的理论计算，研究团队发现三条转动带中存在d5/2、g7/2和h11/2组态成分的强烈混合。其中，空间反射对称性破缺促进不同宇称组态之间的混合，赝自旋轨道则增强了d5/2与g7/2组态之间的关联。实验与理论结果共同支持将这三条近简并转动带解释为宇称-赝自旋三重带。

该成果首次实验证实了原子核中宇称-赝自旋多重带这一新现象的存在，证明赝自旋轨道在八极形变势场中仍保持近简并，为进一步理解原子核对称性及其在复杂核形变环境中的演化提供了实验依据。

该研究工作得到国家自然科学基金和山东大学仲英青年学者计划的支持。

论文链接：https://doi.org/10.1016/j.physletb.2026.140985