日本团队高精度测量氩同位素质量，揭示N=32新幻数强度变化

日本理化学研究所与高能加速器研究机构等组成的国际合作研究团队，利用理研仁科加速器科学中心RI束工厂(RIBF)的超导RI束产生和分离装置BigRIPS，以及双方联合开发的固定式慢放射性同位素精密质谱系统CRISMASS，对远离原子核稳定线的短寿命氩同位素进行了高精度质量测量。

新的幻数 N=32 附近双中子壳层间隙的能量

研究团队首次直接测量了氩-50(^50Ar，18个质子、32个中子)的质量，并将氩-49(^49Ar)的质量测量精度较以往提高约250倍。相关成果已于8月6日在线发表于《物理评论快报》。

原子核由质子和中子组成。当质子数或中子数达到特定数值时，原子核会呈现相对稳定的“闭壳层”结构，这些特定数值被称为“幻数”。近年来，钙-52(^52Ca)中出现中子数N=32新幻数的实验迹象受到核物理领域关注，但这一新幻数是否同样存在于相邻元素、强度如何变化，仍需更多实验验证。

在本次实验中，研究人员利用CRISMASS系统中的氦气池和多反射飞行时间质谱仪(MRTOF)，对短寿命放射性同位素进行快速提取和飞行时间测量，实现了千万分之一量级的质量精度。实验谱图中清晰观测到^49Ar和^50Ar等峰值，显示该系统能够分辨质量差异极小的原子核。

基于新获得的质量数据，研究团队推导出与幻数强度相关的双中子壳层间隙能量等信息。结果进一步支持钙-52中的N=32属于新的幻数;同时，在质子数比钙少2的氩同位素中，N=32幻数效应趋于减弱。这表明，幻数强度并非固定不变，而会随元素质子数变化而改变。

研究还将实验结果与多种理论计算进行了比较，发现理论模型在较大程度上再现了“N=32在钙中较强、在氩中减弱”的趋势。研究团队认为，这一成果有助于加深对原子核壳层结构和短寿命原子核性质的理解，并为研究恒星、超新星爆发和中子星并合等极端环境中的元素合成过程提供实验依据。