我国学者在丰中子核奇特集团结构研究方面取得进展

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。