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晕核的发现是对传统核结构理论的重大挑战,为此人们对其进行了大量的研究,现在它依然是研究的热点。迄今为止,已经发现并确认了一系列的单中子和双中子晕核,但在丰质子一侧,由于库仑位垒的影响,晕核较难形成,至今尚未完全确认一例质子晕核。17Ne具有奇特的Borromean结构,而且其双质子分离能只有0.94MeV,是极佳的双质子晕预选核。
现在对17Ne的结构已经有了很多的研究,但对17Ne是否是晕核仍然存在着较大的争议。理论上对17Ne的半径和密度分布的计算,17Ne和其镜像核的一级禁戒β±衰变的不对称性计算,库仑位移能量的计算等,往往因为所使用的物理模型不同而得出截然相反的结论;实验上仅仅测量了17Ne的总反应截面、去双质子截面和其核芯15O的纵向动量分布,通过细致的理论分析后,也无法判断17Ne是否为晕核。
如果能确认17Ne的两个价质子基本处于2s1/2轨道而非1d5/2轨道,就可以确认17Ne是双质子晕核。通过17Ne在轻靶上的破裂反应就有可能达到目的。由于Borromean核的特征,17Ne在敲出反应中被移去一个质子后生成的产物16F会迅速衰变成15O和另一质子。通过测量核芯15O和衰变质子就可以重建16F的不变质量谱,通过16F的能级取向就可以知道17Ne价质子所处的轨道,并且理论的计算表明16F在17Ne质心系中的动量分布的形状也可以给出17Ne价质子所处的轨道。另外,基于17Ne周边碰撞移去反应的突然近似和相当于自由衰变的假设,从16F中衰变发射的质子与16F核的动量角度关联也可以得到17Ne价质子所处的轨道信息。
北大核物理实验组在兰州近代物理所放射性束流线的RIBLL终端,进行了30MeV/nucleon的17Ne在43mg/c㎡的12C靶上的破裂反应实验,测量了17Ne的核芯15O和衰变质子的能量、飞行方向等信息。课题组在本实验中首次采用双面硅微条作为带电粒子的位置测量探测器,并且大量使用了与双面硅微条相匹配的自行研制的前置放大器阵列,对能量探测器CsI(T1)进行了改造并大幅度提升了能量分辨率,在近物所首次实践了约300路参数的大规模数据的电子学处理、传输和获取。
通过对实验数据的分析,得到了以下结果:对16F不变质量谱的计算可以得出17Ne价质子处于2s1/2轨道的概率为(75.2±3.4)%;16F横向动量分布的形状意味着17Ne的价质子处于2s1/2轨道的概率大于70%;而16F与其衰变质子的角关联更指出17Ne的价质子基本都处于2s1/2轨道。考虑实验的测量误差并综合以上结果,可以定性的得到17Ne的两个价质子处于2s1/2轨道的概率为70%~100%,从而支持17Ne为双质子晕核。