现代物理研究所的突破性研究揭示了原子核基态的分子型结构，为一个已有几十年历史的假说提供了实验证据，并为核物理研究开辟了新的道路。关键研究揭示了原子核中的分子型结构，彻底改变了我们对核物质的认识。
中国科学院近代物理研究所（IMP）的科学家及其合作者最近在原子核基态中发现了一种分子型结构。该研究成果发表在《物理评论快报》上，并作为"物理学特写"文章进行了重点报道。
原子核是一个由质子和中子组成的量子多体系统，小得令人难以置信（只有原子的万分之一），但它却容纳了原子总质量的 99.9% 以上。核子之间的相互作用产生了各种有趣的核结构，从球形核到变形核，甚至是表面密度稀疏的中子晕。在这些结构中出现的团簇结构是一个引人入胜的现象。
反运动学中的簇敲除反应示意图。资料来源：李鹏杰
团簇结构的意义
原子核的基态很少出现簇状结构。关于基态团簇结构的讨论可以追溯到 1938 年，当时理论物理学家通过分析 α 共轭核的结合能，提出在铍-8、碳-12 和氧-16 等原子核的基态中可能存在类似 α 分子的团簇结构。然而，由于经典壳模型的单粒子描述很受欢迎，这一理论假设仍未得到验证。
IMP 的科学家及其合作者利用一种涉及逆运动学敲除反应的新颖实验方法，验证了富中子原子核铍-10 的基态存在分子型结构。
该实验在日本理化学研究所西奈中心的放射性同位素束工厂（RIBF）进行。在实验中，铍-10 的次级束以一半光速轰击一个 2 毫米厚的固体氢靶。束缚在铍-10原子核内的α原子团被质子击出，几乎没有动量转移到残余原子核上，从而保留了铍-10基态原子团结构的信息。
铍-10原子核的类分子结构。资料来源：IMP 李鹏杰
证实长期存在的假设
实验结果表明，敲除反应的实验截面与微观模型下的理论预测之间存在显著的一致性。这一验证支持了关于铍-10基态分子态结构的长期假说，即铍-10形成了一个α-α哑铃形内核，两个价中子垂直于内核轴旋转。
论文第一作者、来自 IMP 的李鹏杰博士说："类似的结构在原子尺度上也能发现，但在原子核的基态中却异常罕见。"
这项研究首次为原子核基态分子态结构的理论描述提供了实验证据，并为进一步探索富中子核基态α簇结构的演化铺平了道路。