中国科学家首次精确测定钴51原子核的质量

中科院近代物理研究所利用兰州重离子冷却储存环CSRe，首次测出短寿命核素钴51质量。不稳定原子核的质量很难称量，因为它们的重量很轻，寿命也相当短。以钴51为例，2万亿亿个钴51比一粒小米还轻，寿命只有100毫秒。

要在极短的时间内称量出如此轻的原子核质量在技术上是一个挑战，首先要有一个高灵敏度的“秤”。目前，世界上最灵敏的“秤”是离子阱，但是对于寿命很短的原子核却无能为力。从2009年开始，近物所的科技人员利用兰州重离子冷却储存环CSRe，制造出了可以测量短寿命原子核质量的“秤”——等时性质量谱仪，其精确度可以达到10^-7。

研究人员将镍58原子核放入加速器，加速到光速的2/3，打靶（将它敲碎）产生目标核——钴51并将其引入实验环，测量其循环周期，获取海量数据，再经过一年的数据处理和分析，得到了稀有核素的质量。除此之外，研究小组还在极缺（丰）中子区——中子数比稳定原子核中子数少的原子核区域，首次精确测量了16个原子核的质量，提高了20多个原子核的质量精度，取得了一批重要的物理成果。

短寿命放射性原子核的质量在核结构及核天体物理研究中都具有非常重要的作用。从微观看，在已知原子核质量的前提下，可以研究原子核的结构，提取核内有效相互作用的信息。从宏观看，研究天体环境中化学元素如何产生，所需要的最重要知识是不稳定原子核的质量。因此，原子核的质量数据对核天体物理具有重要的应用价值。

通过新的质量数据，科研人员研究了该核区核力的同位旋对称性。原子核的同位旋对称性是核力电荷无关假定下的直接结果。在同位旋理论框架下，质子和中子被认为是同位旋分量不同的全同粒子。通过镜像核间的库伦位移能，可以研究同位旋对称性。实验结果表明，在pf壳原子核的理论计算中，必须考虑同位旋非守恒相互作用的影响。