原子核，作为原子的核心，其结构和行为一直是核物理学的核心研究课题。与通常将原子核描绘成一个简单的球体不同，由于其组成质子和中子（核子）内部力的复杂相互作用，它可以呈现出各种形状或形变。
近期发表在《Communications Physics》杂志上的一项研究《Direct Measurement of Three Different Deformations Near the Ground State in an Atomic Nucleus》取得了重大突破，直接测量了原子核基态附近的三个不同形变，为我们提供了原子核形变共存和动力学的显著见解。
原子核并非静态实体，它们会根据能量状态展示出各种形状。形变共存指的是原子核在接近同一能量水平时可以采用多种形状。本研究聚焦于铅-190（190 Pb）原子核，该核以丰富的形变共存现象著称。研究人员旨在直接测量并表征该核接近基态时的三种不同形变——球形、扁球形和长球形。
方法：三大先进技术的结合为了达到这一目标，研究人员采用了包括伽马射线光谱学、库仑激发和寿命测量在内的三种先进实验技术。这些技术使他们能够以前所未有的精度探测核形状。
伽马射线光谱学：通过分析核去激发过程中发射的伽马射线，研究人员能够识别与不同核形状相关的特定能级和跃迁。此技术提供了关于球形和扁球形配置的关键信息。
库仑激发：该方法涉及用高能粒子轰击原子核，使其激发并随后返回基态。通过研究这一过程中发射的伽马射线，研究人员可以推导出形变参数并确认长球形的存在。
寿命测量：核态的寿命是其稳定性和形状的指标。通过精确测量各态的寿命，研究人员能够推断形变共存并量化形变参数。
关键发现：三种形状的共存本研究提供了几项关键发现，大大推进了我们对核结构的理解：
球形配置：研究人员确认了190 Pb的球形基态配置。这种配置特点是质子和中子的对称分布，导致最小的形变。
扁球形配置：与之前的假设相反，研究确定最低能量态为扁球形。此形状类似于一个压扁的球体，形似番茄。
长球形配置：研究还发现了长球形配置，形似拉长的西瓜。此形状与更高能量态相关，为核的动态行为提供了重要见解。
对核物理的影响这项研究对核物理学具有深远的影响，特别是在以下几个方面：
理论模型：研究结果挑战了现有的理论模型，这些模型预测190 Pb的基态主要为球形。确认扁球形和长球形的存在需要我们对核力和相互作用的理解进行修正。
核能级：精确的能级和寿命测量增强了我们对核势能面的理解。此知识对于预测核在各种条件下的行为（包括高能碰撞和天体物理过程）至关重要。
量子力学见解：研究为核形变共存的量子力学性质提供了宝贵见解。理解不同形状的共存及其相互转换揭示了支配核结构的基本量子原理。
实际应用：尽管研究主要是基础性的，它在核医学等领域具有潜在应用，其中具有特定核形状的同位素用于诊断和治疗。对核形状的改进知识可以导致更有效的医疗同位素的开发。
结论：核形变研究的新纪元对原子核接近基态的三种不同形变的直接测量标志着核物理学的一个重大里程碑。这项研究不仅提供了190 Pb形变共存的确凿证据，还挑战并修正了我们的理论模型。先进实验技术的应用和核形状的精确表征为探索原子核复杂世界开辟了新的途径。
