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365英国上市官网在线博士後王武與合作者在國際期刊Physical Review Letters上發表原子核超精細混合效應的學術論文
日期:2024.08.01 點擊:

本站訊(記者 鄒芬) 近日,365英国上市官网在线、理論物理研究中心的博士後王武(第一作者)與中國工程物理研究院研究生院的王旭研究員(通訊作者)合作,在國際權威期刊《物理評論快報》(Physical Review Letters)上發表了題為“類硼鉛-205離子中顯著的原子核超精細混合效應 (Substantial Nuclear Hyperfine Mixing Effect in Boronlike Pb-205 Ions)”的學術文章[W. Wang and X. Wang, Phys. Rev. Lett. 133, 032501 (2024)]。

通常情況下原子核的性質不會受到核外電子的影響,但是對于内層電子,它可以在原子核處産生強大的電磁場,引起不同原子核态之間的混合,并改變原子核的性質。這個效應被稱為原子核超精細混合(nuclear hyperfine mixing)效應。對于钍-229原子核,其第一激發态能量非常低(大約8.4 eV),這使得在類氫钍-229離子中由1s基态電子誘導的超精細混合效應非常顯著。該效應導緻钍-229原子核的第一激發态壽命由1000秒量級大幅縮減5個數量級變到10毫秒量級。

大家普遍認為超精細混合效應在具有更高激發能的其他原子核中會非常微弱,因此超精細混合效應的研究主要集中在钍-229原子核。但是,通過發展更加完整的理論框架,該論文提出了一種新的超精細混合機制,大大拓展了超精細混合效應的應用範圍。已知的超精細混合機制隻利用了一個電子态(比如钍-229情況下的1s電子态),而這種新機制利用了兩個電子态,如果這兩個電子态之間的能量差與原子核能級差匹配的話(同時角動量也匹配),則可能出現顯著的超精細混合效應。基于這個新的機制,該研究預測在類硼鉛-205離子(鉛-205的77價離子)中,由于2p電子的1/2和3/2态能量差(2,356 eV)與該原子核第一激發态能量(2,329 eV)相近,将産生顯著的超精細混合效應。計算結果表明,超精細混合效應會導緻該原子核第一激發态壽命從原來的15分鐘縮短4個數量級,降至32毫秒。

與光學諧振腔能夠改變原子态壽命的機制類似,超精細混合效應可以解釋為核外電子扮演了光學諧振腔的角色,導緻原子核态被電子态“綴飾”。當“電子諧振腔”與原子核近共振時,原子核态的壽命被顯著改變了。超精細混合效應大大縮短了原子核态的壽命,同時也大大增強了光與原子核之間的有效耦合,提升了原子核的光激發效率。這對激光核物理這一新興交叉學科具有重要價值,有助于促進先進激光光源(例如強激光和X射線自由激光等)與原子核相互作用的研究。

左邊:裸鉛-205原子核的基态和第一激發态,第一激發态壽命為15分鐘,衰變通道是電四極(E2)躍遷;中間:類硼鉛-205離子的超精細結構。不考慮超精細混合效應,原子核第一激發态壽命沒有顯著改變;右邊:考慮超精細混合效應後,類硼鉛-205離子中原子核第一激發态壽命縮短到了32毫秒,同時禁戒的磁偶極(M1)躍遷被打開了。

Physical Review Letters是美國物理學會旗下的期刊,創立于1958年。該期刊專注于發表物理學領域的具有潛在高影響力的研究成果,涵蓋主題包括量子信息與科技、宇宙學、天體物理與引力、粒子與場論、原子核物理、原子和分子物理、光學、等離子體與太陽物理、加速器與束流物理、凝聚态物質與材料、統計物理與複雜系統、化學物理、軟物質與生物物理等。該期刊為中國科學院分區一區TOP期刊,2023年影響因子為8.1。


文章鍊接:

https://link.aps.org/doi/10.1103/PhysRevLett.133.032501