北航新闻网9月9日电（通讯员 赵建伟）近日，物理学院稀有同位素物理团队在前沿核物理研究领域取得重要进展。研究团队系统揭示了电荷改变反应截面测量中经验修正因子的普遍物理规律，首次证实了采用重核反应靶（如铅靶）在精确提取不稳定稀有同位素质子分布半径中的独特优势。相关研究成果以“Best Reaction Target to Determine Proton Distribution Radii of Atomic Nuclei”为题，在线发表于国际物理学顶级期刊《物理评论快报》（Physical Review Letters, PRL）。

在微观世界里，质子和中子紧密结合构成了原子核。产额低、寿命短的稀有同位素，为科学家窥探微观物质结构提供了钥匙，是核物理领域的重要前沿。质子分布半径反映了原子核内部质子的空间分布，是研究原子核结构和检验核理论模型的重要物理量。精确测量不稳定稀有同位素的质子分布半径，不仅能帮我们搞懂微观粒子如何结合、探索物质结构极限，还能帮助天体物理学家理解核物质状态方程、推算巨型中子星的演化。

对于寿命极短的不稳定稀有同位素，其质子分布半径的精确测量一直具有挑战。电荷改变反应提供了一种有效的实验手段：当高速运动的原子核与反应靶核发生碰撞时，一部分反应会使弹核的质子数减少，这类反应的发生概率由电荷改变反应截面表征。由于电荷改变反应截面对弹核内部的质子分布十分敏感，可以利用Glauber模型建立电荷改变反应截面与质子分布之间的联系，进而由实验测得的电荷改变反应截面提取质子分布半径。此前，相关研究通常采用氢、碳等轻核作为反应靶。但这一方法长期面临一个问题：Glauber模型计算的电荷改变反应截面通常比实验值低约10%。为了弥补这一偏差，需要引入额外的“经验修正因子”，由于缺乏清晰的物理机制支撑，这限制了半径提取的精确度。

面对这一历史难题，研究团队利用兰州重离子加速器装置（HIRFL），在约240 MeV/nucleon的能量下（约为光速的0.6倍），系统测量了18种p壳原子核在氢、碳、银和铅靶上的39组电荷改变反应截面数据。结合已有实验数据，进行了深度挖掘与系统性研究后发现，“经验修正因子”对靶核质量和弹核分离能呈现出普适的依赖关系：随着靶核质量和弹核的核子分离能的增加，“经验修正因子”总体减小。特别是在铅靶上，“经验修正因子”趋近于1，实验截面与Glauber模型计算趋于一致。

为理解这一靶核依赖的物理起源，研究团队结合微观反应模型和几何模型进行深度分析指出，Glauber模型与实验之间的偏差主要来自模型未包含的间接反应过程。即当弹核在碰撞中仅发生中子移除时，形成的激发态预碎片可能通过蒸发带电粒子退激，间接地对实验测得的电荷改变反应截面产生额外贡献。而随着靶核尺寸增加，中子移除截面相对于电荷改变反应截面的比例系统降低，对应过程的相对贡献也随之减小。另一方面，即使对于铅等重核靶，电磁解离在当前能量区间对电荷改变反应截面的贡献仍然小到可以忽略。上述研究成果从物理机制上解释了经验修正因子为何随着靶核质量增加而趋近于1。

该研究颠覆了以往偏向使用轻靶的实验范式，揭示了采用铅等重核靶开展电荷改变反应测量提取不稳定稀有同位素的质子分布半径的优势，为研究远离稳定线原子核的质子分布提供了新的可靠实验途径。物理学院博士生徐俊瑶为该论文的第一作者，孙保华教授、谷畑勇夫教授、赵建伟副教授为共同通讯作者，北京航空航天大学为第一完成单位。合作单位包括中国科学院近代物理研究所、中国科学院上海应用物理研究所、中山大学、四川大学和中国科学院大学等国内外高校和科研机构。该研究得到了国家自然科学基金项目及引智项目等资助。

文章链接：https://doi.org/10.1103/l85h-wzy5

（审核：王菲）

编辑：贾爱平