大型强子对撞机实验显示氖原子核形状或类似保龄球瓶

欧洲核子研究中心大型强子对撞机的一项最新实验结果显示，氖-20原子核的内部结构可能并非传统教科书中常见的近似球形，而更接近“保龄球瓶”状。这一发现为研究轻原子核形变和高能核碰撞中的集体行为提供了新的实验线索。

原子核由质子和中子组成，决定原子的元素属性，并承载原子的大部分质量。尽管原子核常被简化描绘为球形结构，但核物理研究已表明，一些原子核会呈现明显非球形形变，例如此前研究中提到的梨形原子核。准确认识这些形状，有助于物理学家理解原子核在极端条件下的行为。

由于原子核尺度极小，并且在常规测量中量子态会对不同方向进行平均，实验室中直接“看见”原子核形状并不容易。大型强子对撞机提供了另一种途径：当原子核以高能量相互碰撞时，其初始几何结构会影响碰撞后产生物质的流动特征。研究人员可以通过分析粒子喷射和流动模式，反向推断原子核的内部形状。

在此次研究中，CMS合作组比较了氧-16和氖-20相关碰撞数据，重点分析氧-氧碰撞和氖-氖碰撞后粒子的流动差异。选择这两类原子核，是因为它们质量相对接近，但理论计算和既有研究认为二者内部结构可能不同：氧-16可能具有四面体核结构，而氖-20则被预测呈现类似保龄球瓶的形变。

研究人员重点考察了椭圆流和三角流等粒子流动模式。结果显示，碰撞产生的集体流对原子核初始几何形状较为敏感，尤其在较正面的碰撞中，椭圆流的相对强度呈现出与核形变相关的特征。不过，研究也指出，三角流的变化与模型预测在数量上并未完全吻合，后续仍需进一步验证和完善模型。

相关研究结果已发表在《物理评论快报》上。研究人员认为，这一结果说明轻离子碰撞中的集体流动不仅反映了流体动力学介质响应，也可能携带原子核内部质子和中子空间排列的信息，为利用高能粒子对撞研究核结构提供了新的实验依据。