物理学家发现，硅-22揭示了一个新的质子幻数，为理解原子核结构和构成宇宙中最稀有原子的力量提供了关键见解。

在核物理学中，“幻数”是指使原子核显著更加稳定的质子或中子的特定数量。确定这些特殊数字对于帮助科学家揭示原子核的结构起着关键作用。

尽管与稳定、长寿的同位素相关的“幻数”已被理解了几十年，但对于极不稳定、寿命极短的同位素来说，情况就不那么清楚了。对这些罕见且转瞬即逝的物质形态进行研究，可以让科学家们了解原子核结构在极端条件下的表现。这些发现不仅让我们对宇宙中元素的形成方式有了深入了解，也让我们对维持原子核稳定的力有了更多认识。

在最近的一项进展中，中国科学院近代物理研究所的科学家首次成功测定了硅-22的质量。硅-22同位素极不稳定且中子缺失。他们的研究表明，在硅-22中，质子数为14表现出一个新确认的幻数。

他们的研究结果最近发表在《物理评论快报》上。

壳层模型与已知幻数

原子核由质子和中子组成。当质子数或中子数达到“幻数”（如2、8、20、28、50、82或126）时，原子核会变得更稳定。玛丽亚·戈佩特-梅耶（Maria Goeppert Mayer）和汉斯·延森（J. Hans D. Jensen）在20世纪40至50年代通过核壳层模型解释了这一现象，并因此荣获1963年诺贝尔物理学奖。

近年来，对远离稳定谷（即核素图上存在稳定同位素区域）的奇异核的研究已经确定了新的中子幻数，如14、16、32和34。然而，在实验观察中，新的质子幻数仍然很少见。

先前，科学家发现，在氧-22（14个中子和8个质子）中，中子数14呈现出神奇特性。基于核镜像对称原理，理论家预测，质子数14在其镜像核硅-22（8个中子和14个质子）中也应是一个神奇数字。然而，由于硅-22产量极低且半衰期极短，其生成和测量极具挑战性，致使该理论预测至今仍未得到验证。

中科院近代物理研究所的高级质谱技术

利用改良的基于Bρ的等时质谱法，近代物理研究所的研究人员在兰州重离子研究装置的冷却储存环中成功测量了硅-22的基态质量。他们还将近之前测量的硅-23的质量精度提高了近七倍。

他们的研究结果表明，硅-22具有正的两质子分离能，换句话说，它不会自动损失两个质子。这证实了其作为无两质子放射性质子滴线核的地位，从而解决了核物理学中长期存在的争议。

利用新的质量值，研究小组计算了硅-22的质子对能，并将其与镜像核氧-22的中子对能进行了比较，从而揭示了新的质子幻数14。这一发现得到了伽莫夫壳层模型的支持。

尽管硅-22展现出与氧-22类似的双幻数特性，但研究发现，与氧-22的中子分布相比，硅-22的质子空间分布更为分散，呈现出轻微的对称性破缺。

本研究加深了我们对外来核结构的理解，并为核子相互作用以及极奇异核的存在提供了新的见解。

参考文献：《通过质子滴线核Si22的质量揭示Z=14的幻数特性》，作者：Y. M. 兴、Y. F. 罗、Y. H. 张、M. 王、X. H. 周、J. G. 李、K. H. 李、Q. 元、Y. F. 牛、J. Y. 郭、J. C. 裴、F. R. 徐、G. 德·安杰利斯、Yu. A. 利特维诺夫、K. 布拉姆、I. 塔尼哈塔、T. 山口、Y. 于、X. 周、H. S. 徐、Z. Y. 陈、R. J. 陈、H. Y. 邓、C. Y. 傅、W. W. 葛、W. J. 黄、H. Y. 焦、H. F. 李、T. 廖、J. Y. 石、M. 司、M. Z. 孙、P. 帅、X. L. 土、Q. 王、X. 徐、X. L. 颜、Y. J. 袁、M. 张，发表于2025年7月2日，《物理评论快报》。DOI：10.1103/ffwt-n7yc

本研究得到了国家重点研发计划、中国科学院战略性先导科技专项、中国科学院青年创新促进会等项目的资助。

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