上海應物所提出原子核Alpha團簇結構的新探針

　　團簇現象廣泛存在于各種物理領域，比如從星系結構至納米層次，并且理論預言在費米尺度（1 fm = 10-15 m）的亞原子領域存在由中子-質子構成的alpha團簇結構及核分子態。最新的核理論預言團簇結構不僅存在于輕核激發態及遠離β穩定線核中，甚至在輕核基態中也有團簇結構存在，比如12C基態附近可能存在三角形的3α奇異結構，16O基態可能是α團簇構組成的正四面體結構。輕核的團簇結構對原子核中的玻色-愛因斯坦凝聚、低密度核物質狀態方程及核天體物理中元素合成過程具有重要影響。但是由于缺乏有效的實驗觀測手段，目前從實驗上證實原子核中的α團簇結構及研究核中團簇的集體動力學行為還相當困難，因此亟須提出有關α團簇結構的新的有效實驗探針。

　　最近，中國科學院上海應用物理研究所馬余剛課題組提出了輕核α團簇構型的新探針，相關工作發表在《物理評論快報》(Phys. Rev. Lett. 113, 032506 (2014) )上。該工作中，博士研究生何萬兵在馬余剛研究員與曹喜光博士指導下，與蔡翔舟、張國強合作，在擴展版的量子分子動力學框架下開展了對輕核α團簇的集體動力學研究，提出了提取輕核α團簇構型的新觀測量——巨偶極共振（GDR）特征γ譜。

　　所謂巨偶極共振指的是由于原子核質子質心與中子質心分離導致的準周期集體運動，由于韌致輻射發射高能γ射線。通過對具有α團簇結構的 8Be，12C及16O GDR的計算，發現由于α團簇結構的存在，這些核的GDR譜劈裂成幾個顯著的峰。不同的α團簇結構對應各自相應的特征譜，這些GDR譜中峰的個數及中心能量可以利用α團簇構型的幾何及動力學對稱性給出很好的解釋。30 MeV左右的GDR峰是α團簇的特征峰，可以用來診斷核中是否有α團簇自由度出現，而較低能量的峰可以用來區分不同的α構型。另外，12C和16O GDR譜中分別含有8Be和12C GDR譜的子結構，這種子結構的存在可以更準確地區分12C和16O的不同團簇構型。因此，GDR可以作為輕核團簇構型強有力的實驗探針，它對團簇物理的發展具有重要的推動作用。

　　利用此項工作提出的實驗探針，可以在上海光源上未來建成的激光-電子γ源終端（SLEGS）以及美國Duke大學及Triangle大學的高強度伽馬源（HIγS）終端開展相關實驗，提取12C和16O等核基態及激發態的α團簇構型。

　　該項研究得到了國家重點基礎研究計劃(“973”計劃)、國家自然科學基金委重點基金及青年基金等共同資助。

8Be, 12C及16O不同團簇結構對應的巨偶極共振的γ譜