2月15日，核物理交叉科学研究中心王守宇教授团队与中国科学院近代物理研究所、中山大学等单位的科研人员合作首次实验合成并鉴别了缺中子新核素¹⁶⁰Os和¹⁵⁶W，文章发表在国际顶级期刊Physics Review Letter上，并入选编辑推荐和被美国物理学会Physics杂志在线报道。王守宇教授、近代物理所的甘再国研究员和中山大学袁岑溪副教授为本工作共同通讯作者，近代物理所杨华彬副研究员为文章的第一作者。

图1：¹⁶⁰Os的衰变链

合成新的原子核一直是核科学研究的重要内容之一，其对于理解原子核的稳定性以及核子之间的各种量子关联效应有着非常重要的科学意义。当质子数或中子数为2、8、20、28、50、82，或中子数为126等“幻数”时，原子核具有较高的稳定性。这些幻数所揭示的壳层结构是理解原子核量子多体系统的基石。目前，在质量为160核区质子滴线附近的原子核，N=82壳效应的实验研究较少，也尚无实验证据表明最重的自共轭双幻核¹⁶⁴Pb存在壳层结构。

为研究此问题，王守宇教授团队进行了深入的调研，并设计了最终的实验方案。王守宇作为实验发言人联合国内多家单位向兰州重离子加速器国家实验室提交了本次实验的申请，并最终获批加速器束流时间。实验于2022年5月在兰州重离子加速器国家实验室的SHANS谱仪上进行，利用回旋加速器将⁵⁸Ni核加速到335MeV，轰击同位素纯度约为99.6%的¹⁰⁶Cd靶材，实验采用由多丝正比室、硅盒、Veto、CeBr₃和HPGe探测器组成的探测系统对注入核以及其生成的衰变粒子进行探测。多家单位科研人员进行了精细的数据分析，最终发现了大约20个¹⁶⁰Os及¹⁵⁶W的事件，确定了¹⁶⁰Os的α粒子能量为7080 keV，衰变半衰期约为201μs； ¹⁵⁶W发生β⁺衰变，且半衰期约为291 ms。基于新测到的α衰变数据，获得了¹⁶⁰Os的α衰变约化宽度δ²，并发现N=84的同中子异核素在Z>68后δ²随着原子序数的增加不断减小，表明N=82壳层效应的增强，首次揭示了最重的自共轭双幻核¹⁶⁴Pb可能存在显著的壳层结构。尽管目前的理论预言，¹⁶⁴Pb在质子滴线外很远，但本工作所发现的壳效应有可能让它成为一个束缚或者准束缚的原子核，同时也意味着在质子滴线外可能存在一个缺中子核素的“稳定岛”，有待于进一步进行实验探索。

图2：(a)30-700μs时间窗内α粒子能谱;(b)(a)中1.2s内伴随¹⁵⁶Ta质子衰变的α粒子；(c)与(b)相同但所选第二衰变能量阈小于质子峰

核物理交叉科学研究中心成员刘晨，博士生李英健、韩星池和肖骁，硕士生左思琪、张鑫博、祝霖和岳志芳在实验设计、实施和数据处理方面做出了贡献。该研究得到了中国科学院战略性先导科技专项，广东省基础与应用基础研究重大项目和国家自然科学基金杰青、联合和面上等多个项目的支持。

文章链接：

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.132.072502

Physics报道链接：

https://physics.aps.org/articles/v17/s22