中国在世界顶级刊物PRL发表的实验核物理文章

发布时间:2019-09-11 发布者:亚洲时报

中国科学院近代物理研究所的王猛团队在《Physical Review Letters》上发表了一项研究成果,这是该刊发表的第一篇等时性质量测量文章。

 

中国人在这一世界顶级刊物上发表实验核物理文章到目前一共只有10篇,其中的3篇出王猛团队。


CSR精细核谱学研究团队部分成员(图源:近代物理所提供)

 

王猛团队是中国科学院近代物理研究所的一个研究小组——CSR精细核谱学研究组,他们实验内容是给运动中的原子核“称体重”。打个比方,一节行驶中的高铁车厢中有一位乘客口袋里可能装着一个U盘,科学家们的工作就是要在高铁跑动过程中分辨他口袋是否装有U盘。

 

由于许多原子核的存在时间极其短暂,只能用毫秒(1毫秒=10-3秒,即千分之一秒)来计算,因此,如何又快又准测得原子核质量,是核物理基础研究的一个重大挑战。

 

“任何物体要测重,都需要工具辅助,要有一杆合适的‘秤’,对于原子核质量测量而言也不例外”,王猛说。这里的秤指的是兰州重离子加速器冷却储存环(HIRFL-CSR),在兰州重离子加速器国家实验室,通过人工核反应方式产生快重离子束,利用冷却储存环来“看清”这些基本粒子。“我们主要靠重离子加速器的冷却储存环(HIRFL-CSR),利用它,能捕捉那些快速流失的核素,并且精准测量它们的质量”。

 

重离子加速器CSR装置,始建于国家战略的“九五”时期,属国家“九五”重大科学工程项目。


兰州重离子加速器冷却储存环(图源:近代物理所提供)

 

原子核质量的测量方法有肖特基测量和等时性测量两种。前者通过电子冷却降低离子速度分散,使用肖特基探针测得离子回旋周期,从而确定质量;后者使用飞行时间探测器提取离子的回旋周期确定质量。王猛团队则是选取了等时性作为首次测量的方法。

 

2007年底,第一次等时性质量测量实验在CSR上成功进行,主束36Ar(氩36)的碎裂产物注入并存储到实验环中,利用飞行时间探测器测出它们在储存环中的回旋周期,根据回旋周期清楚地鉴别出了32S、30P等A/Z=2系列的多个核素,并提取出它们的质量,得到的结果完全与文献值吻合。原子核质量测量的精度达到了10-6

 

2008年研究组提出新一轮实验建议,78Kr(氪78)被选为初级束流,主要研究丰质子区域63Ge、65As、67Se等原子核质量。同时,根据第一次实验的结果,团队成员开发出一套快速数据处理方法,能同步对海量数据进行即时分析。

 

2009年,研究组首次对63Ge、65As、67Se的质量进行测量,由于前期准备工作充分,实验完成后,在很短时间内就完成了数据分析工作,并得到实验结果。相关成果发表后,受到国际核天体领域的极大关注。

 

随后质量测量组首次测得原子核65As的质量,并证明65As是质子非束缚核。第一类X射线暴,64Ge是否为快质子俘获过程的“等待点”核的问题一直是核天体物理学中悬而未决的一个重要科学问题。此次问题的解决,对于近代物理研究所在原子核质量精确测量领域地位确立具有重要意义。

 

此外该团队实验也还体现在原子核质量评估上。据悉,由王猛牵头的《原子质量评估2016》在《中国物理C》(《Chinese Physics C》)上正式出版,这份报告共收录实验数据13035条,从中挑选出可靠且精度较高的实验数据5675条作为有效的输入数据。经过评估,推荐了基态原子质量3435个,包括2497个原子核的实验数据和938个外推质量。

 

2018年底,王猛成功入选英国物理学会(Institute Of Physics,IOP)颁布“2018英国物理学会高被引中国作者奖”,该奖对2015-2017年在IOP期刊发表的所有论文进行评选,对被引次数在所属领域排名为前百分之一的论文通讯作者进行表彰,来自物理、材料、生命科学、环境科学、应用数学、天文学和天体物理学等领域的151位作者获奖。

 

亚洲时报 综合

责任编辑:杨颖


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