美国能源部（DOE）阿贡国家实验室研究团队借助一套新型束线装置，对不稳定钌核进行了高精度测量，并将实验结果与先进核结构模型的预测进行比对。研究团队表示，测量结果与模型预测高度吻合，为复杂不稳定原子核的理论描述提供了关键验证。相关成果已发表于《物理评论快报》（Physical Review Letters）。

论文第一作者、阿贡国家实验室助理物理学家伯恩哈德·马斯（Bernhard Maass）指出，复杂不稳定原子核的性质长期以来难以被理论模型准确预测，而此次工作显示一类先进模型能够在该类体系上给出可靠结果。

研究团队称，对理论模型的实验验证有助于提升其在天体物理相关计算中的可信度。这些计算涉及恒星的形成、演化与爆发等过程，元素在其中产生。

以钌同位素检验复杂核结构模型

研究人员介绍，核物理学界正持续发展更先进的理论框架，以更精确地描述结构、形状与相互作用更为复杂的非稳定原子核。由于模型在用于推动相关研究之前需要经受严格检验，获取复杂原子核的精确实验数据并与理论预测对照成为关键环节。

钌被研究团队视为验证先进模型的理想对象。钌是一种稀有金属，其同位素（中子数不同、稳定性不同的同一元素原子）已知具有复杂的核结构与形状。研究团队提到，一系列放射性钌同位素被认为呈现三轴形状，类似杏仁或咖啡豆。

ATLANTIS在ATLAS上完成九种放射性钌同位素测量

本次实验使用阿贡串列激光束线原子和离子光谱仪（ATLANTIS）对九种放射性钌同位素进行测量。ATLANTIS安装在阿贡串列直线加速器系统（ATLAS）上。ATLAS为阿贡的DOE用户设施，配备超导直线加速器，用于研究原子核性质。

放射性钌同位素由ATLAS的另一套装置——加利福尼亚镎稀有同位素繁殖升级装置（CARIBU）提供。CARIBU通过裂变少量加利福尼亚镎来产生放射性钌。

马斯表示，团队研究的钌同位素在衰变为其他元素前的寿命约为一秒。ATLANTIS采用共线激光光谱技术，使研究人员能够在不到一秒的时间内对极少量同位素完成测量。

在实验过程中，研究人员将激光束与钌原子束沿同一路径照射。当激光频率达到特定条件时，原子被激发并发光，表明发生光子发射。团队据此确定光子发射峰值对应的激光频率，并对九种同位素重复该流程。不同同位素的峰值频率存在细微差异。

马斯称，团队利用这种“同位素位移”推导出不同同位素之间的核尺寸差异，并将这些尺寸变化与布鲁塞尔-斯凯尔姆网格模型（BSkG）的预测进行比较。研究人员表示，实验结果与BSkG预测高度一致，显示出该模型在相关体系上的稳健性。团队同时提到，为实现精密测量，研究人员还推进了共线激光光谱技术，开发并实施了用于中和原子束并将其“束缚”为脉冲的有效新方法。

研究团队：结果有助于提升天体物理相关预测的可靠性

研究人员表示，结果表明BSkG模型能够以较高精度预测不稳定三轴核的性质，这类模型有望支持天体物理学对放射性核在恒星与宇宙元素形成中作用的研究。

马斯表示，为更好理解宇宙，需要掌握原子核结构及其相互作用，并需要具备预测现代粒子加速器无法产生的“奇异核”性质的能力。

研究团队介绍，BSkG模型由三位作者开发：比利时布鲁塞尔自由大学的沃特·赖森斯（Wouter Ryssens）和吉列尔梅·格拉姆斯（Guillaume Grams），以及法国里昂无限物理研究所的迈克尔·本德（Michael Bender）。此外，ATLANTIS的实验与建设由阿贡国家实验室（丹尼尔·伯代特、杰森·克拉克、彼得·穆勒、丹尼尔·圣地亚哥-冈萨雷斯、盖伊·萨瓦尔、阿德里安·瓦尔韦德）、德国达姆施塔特工业大学以及密歇根州立大学稀有同位素束设施的研究人员合作完成。

阿贡方面表示，ATLANTIS向合作机构开放，可用于满足多类研究需求的共线激光光谱测量。