Direct measurement of Enhanced octupole collectivity in 148Dy
利用位于 TRIUMF 的 GRIFFIN 光谱仪，研究人员测量出 Dy 中增强的电八极矩跃迁强度为 46(3) W.u.，这为显著的八极矩集体性提供了直接证据，并将其已知的现象边界向远离传统八极矩幻数数的区域进行了大幅扩展。
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在每个原子的核心内部都存在着一个原子核，这是一个由质子和中子组成的致密集群，通常呈现出完美的圆形或略微扁平的形状。几十年来，物理学家已经知道，在特定条件下，这些原子核可以拉伸成梨形，即一端比另一端稍重。这种不寻常的形状源于内部粒子之间微妙的拉锯战，产生了一种打破球体对称性的畸变。科学家们对这些梨形原子核深感兴趣，因为它们可能持有理解为何宇宙是由物质而非反物质构成的关键。为了寻找它们，研究人员寻找特定的质子和中子组合，在这些组合中，这种梨形最有可能出现，通常位于类似于梯子稳定横档的某些“幻数”附近。
一支研究团队现在在绘制这些梨形存在区域的图谱方面取得了重大进展。他们专注于一种镧元素同位素，具体是具有66个质子和82个中子的原子。通过研究这种原子的衰变方式，他们能够测量一个称为电八极矩跃迁强度的属性。简单来说，这一测量值告诉我们原子核从梨形恢复到圆形形状的难易程度，或者它以这种梨形模式振动的强度如何。这种信号越强，意味着原子核内部的梨形特征越显著。由于信号微弱且极易被其他更常见的核衰变类型所淹没，这项特定的测量工作极其困难。
为了捕捉到这种难以捉摸的信号，该团队在加拿大的一处主要研究设施创建了一束镧元素原子束。他们利用高能质子轰击靶材以产生一种罕见的、不稳定的该元素版本，然后对其进行过滤和减速，直到达到理想的观测状态。这些原子被植入到一个带有精密探测器阵列的带状系统（tape system）中。当这些原子衰变时，它们会发出伽马射线，即高能闪光。研究人员使用了一种专门的计时技术，来精确测量激发态原子核在释放能量前等待了多久。通过将这种精确的计时与计算原子核是选择直接向基态释放能量，还是通过中间步骤进行“绕道”释放能量的频率相结合，他们便可以计算出八极矩振动的强度。
结果令人震惊。团队确定该镧元素同位素的跃迁强度为46个单位，这一数值是该特定元素链中已测得的最大值。这一发现证实了形成梨形的倾向并未止步于此前已知的64个质子的边界，而是进一步延伸到了至少66个质子的水平。数据表明，这些形状最为显著的原子图表区域比此前预想的要大，推向了我们预期发现它们的极限。这一测量结果不仅仅是一个数字；它是该特定原子中增强的八极矩集体性的直接证据，表明存在强烈的类梨形振动，尽管在这一区域这种振动是否代表一种永久稳定的形变仍是一个悬而未决的问题。
研究人员将他们的实验结果与旨在预测核行为的复杂计算机模拟进行了对比。虽然一些理论模型接近结果，但没有一个模型能完全预测出他们在镧元素原子中所观察到的强度量级。模拟表明该效应会较弱，或者未能捕捉到数据中出现的剧烈增长。这种理论与测量之间的差距凸显出，我们目前对于质子和中子如何相互作用以创造这些形状的理解仍然是不完整的。模型需要进行改进，以解释粒子跨越此前被认为并不显著的能量间隙时的特定运动方式。
这项工作不仅仅是为图表增加了一个数据点；它重新定义了我们寻找这些奇异形状的边界。这一发现意味着，“梨形”区域向更重的元素延伸得比科学家预期的更远。它还表明，其他尚未以如此高精度研究过的邻近同位素，可能拥有更强的类梨形特征。这些发现为未来的实验提供了明确的方向，敦促研究人员观察更重的元素，以观察这一趋势是否持续。通过精确锁定这些形状最强的区域，这项研究让我们在不依赖猜测或间接暗示的情况下，更接近于理解塑造周围物质的基本力量。
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