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想象原子核并非一颗坚实不变的弹珠，而是一滴可以挤压、拉伸并扭曲成不同形状的液滴。有时，单个原子核会对其形状感到“困惑”，同时以两种不同的形态存在。这种奇异现象被称为形状共存。
在这项研究中，研究人员观察了三种特定的原子“双胞胎”——具有相同总质量但质子和中子配比不同的原子核：锆 -96、钼 -96和钌 -96。他们想要探究这些“双胞胎”是否正遭受这种形状困惑，以及如果是的话，它们的行为表现如何。
为了解开这一谜团，团队使用了两种不同的“透镜”或工具：
- 微观透镜（CDFT）：这就像一台高倍显微镜，观察原子核内部的单个粒子（质子和中子）。它计算“能量景观”——一张显示原子核在何处感觉最舒适、最倾向于静止的地图。
- 唯象透镜（Bohr-Mottelson 哈密顿量）：这更像是一个关于振动鼓面或摇晃果冻的数学模型。它利用特殊的“八次势”（一种拥有两个山谷的复杂数学山丘）来描述原子核在受激发时的运动和振动，以观察原子核是停留在一个山谷中，还是在它们之间跳跃。
以下是他们针对这三种原子“双胞胎”的发现：
1. 锆 -96：“分裂的人格”
- 形状：显微镜显示，该原子核喜欢略微扁平（扁球形），就像一张煎饼。
- 行为：当他们观察激发态（原子核晃动时）时，在能量景观中发现了两个截然不同的“山谷”。一个山谷对应近乎球形的形状，另一个对应更拉伸的形状。
- 转折：基态（平静、静止的状态）位于较圆的山谷中，而第一激发态位于较拉伸的山谷中。关键在于，它们之间有一道高高的“墙”。由于这堵墙非常高，两种形状几乎不混合；它们保持分离。这就像住在同一栋房子里的两个人，分别住在不同的楼层，彼此从不交谈。这就是无混合的形状共存。
2. 钼 -96：“变形者”
- 形状：该原子核是“三轴”的，意味着它既不是球体，也不是简单的煎饼；它有点歪斜且不稳定，就像一个摇晃的旋转陀螺。
- 行为：在这里，能量景观中的两个山谷彼此更接近，它们之间的墙也更低。
- 转折：该原子核不仅仅停留在一种形状上；它会混合这些形状。激发态是球形和变形形状的混合体。随着原子核旋转得更快（获得更多能量），它实际上经历了一次“形状转变”。它起初看起来是球形的，然后在一个未定的临界点摇晃，最终稳定在一种更变形的形状中。这就像一位舞者，起初以缓慢、圆润的动作开始，逐渐过渡到尖锐、拉伸的姿势。
3. 钌 -96：“困惑的摇晃者”
- 形状：这个比较棘手。它看起来几乎是球形的，但表现得像一种摇晃、不稳定的形状（伽马不稳定）。
- 行为：该原子核的能级并不遵循旋转陀螺的常规规则。随着旋转速度加快，能隙并没有变大，反而缩小了。
- 转折：像钼一样，该原子核表现出带有混合的形状共存。基态是球形和变形形状的混合。研究人员发现，随着观察更高的能级，原子核处于某种形状的概率会发生变化，这表明在保持球形和摇晃不定之间存在一种动态的舞蹈。
全局视角
主要的结论是，这三种在元素周期表中互为邻居的原子核都显示出形状共存的证据，但它们处理这一现象的方式各不相同：
- 锆将其形状保持分离（无混合）。
- 钼和钌则将它们的形状融合在一起（混合）。
这项研究证实，这些原子核并非静止的球体；它们是动态系统，可以同时存在于多种形状中，或者随着能量的增加在它们之间转换。研究人员利用这两种数学工具绘制出了这些“能量山谷”和“墙壁”，证明了质子和中子复杂的舞蹈创造了这些迷人的变形行为。
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