通过精确质量测量研究新幻数N=32在Sc、Ti和V同位素链中的演化

Shell model is the cornerstone of nuclear structure. A prominent shell closure at neutron number N=32 has been unambiguously established in potassium and calcium isotopes by several experiments. However, the shell evolution of new magic number N=32 is still controversial. The results from in-beam gamma-ray spectroscopy reveal the persistence of new magic number N=32 in Titanium and Chromium isotopes while nuclear mass measurements for these isotopes tend to a contrary conclusion. In the mass region of Z around 20 and N around 32, the uncertainties of nuclear masses are quite large. Therefore, we propose precision re-measurements for these isotopes by means of isochronous mass spectrometry based on the HIRFL-CSR complex. Using these higher-precision data, we will investigate the shell evolution of new magic number N=32 in scandium, titanium and vanadium isotopes, and with the help of shell model calculation, the role of the tensor part of effective interaction on the N=32 shell evolution will be explored. This research will contribute to a better understanding of nuclear structure as well as effective interaction of neutron-rich nuclei, and will have an important impact on the study of r-process in the astrophysical environment.

原子核壳模型是核结构的基础模型之一。新幻数N=32已被多个实验证实确切存在于K和Ca同位素中。然而，新幻数N=32的演化过程依旧是一个充满争议的问题。在束伽马谱学的实验结果显示在Ti和Cr同位素中存在新幻数N=32，但是原子核质量测量的结果却倾向于相反的结论。在Z≈20，N≈32核区，目前的质量数据误差较大。因此本项目计划采用基于大科学装置HIRFL-CSR的等时性质谱仪对这一核区进行更精确的质量测量。基于这些高精度数据，我们将研究新幻数N=32在Sc、Ti和V同位素中的演化，并通过壳模型计算确定核子间有效相互作用的张量力成分在演化过程中的作用。这一研究将进一步丰富和完善人们对于丰中子核素的原子核结构及核子间有效相互作用的认识与理解，对人们更好地理解天体环境中的元素核合成r过程也有着重要的意义。

原子核壳模型是核结构的基础模型之一。随着放射性核束物理的发展，原子核的壳演化成为核物理领域的重要前沿研究方向。在自然科学基金委的支持下，本项目采用基于大科学装置HIRFL-CSR的等时性质谱仪对短寿命原子核开展精确质量测量，并开展原子核壳演化研究，取得了多个成果，主要包括：（1）改进原数据处理方法，重新分析了原有的86Kr弹核碎片质量测量实验数据，给出52-54Sc及54,56Ti的质量，精度比之前结果提高20%。详细讨论了新中子亚壳N=32出现的原因，并确定了其上边界。（2）实验首次精确测量101In的基态和1/2-同核异能态的质量，结合理论分析发现在101In同位素从基态激发到同核异能态时，质子中子相互作用使中子g7/2和d5/2轨道发生了反转。首次在在奇质子数原子核中发现组态依赖的壳演化。（3）系统地总结了储存环内狭缝技术的优缺点和运用此技术后在数据处理方法上的相应改进（4）利用新建立的双飞行时间探测器等时性质量谱仪对86Kr弹核碎片完成了新一轮质量测量实验，相关数据还在分析中。基于这些研究成果，在国内外物理学科核心学术刊物上发表论文11篇（均为SCI收录）