11月21日，中国科学院近代物理研究所与合作者，首次通过实验证实在原子核基态中存在分子型结构。相关研究成果发表在《物理评论快报》（Physical Review Letters）上，并作为亮点工作被美国物理学会的Physics在线报道。原子核是由质子和中子等核子组成的量子多体系统，其半径只有原子的万分之一，但其质量却占比原子质量的99.9%以上。核子间的相互作用形成了多种有趣的原子核结构，从球形核到变形核，甚至是表面密度稀疏的中子晕核。在这些结构中，原子核内出现集团结构是一个引人入胜的现象。 
    原子核基态中的集团结构并不常见。20世纪60年代，日本核物理学家Ikeda提出，集团结构更多地出现于α共轭核（质子数和中子数相等且为偶数）的激发态中。而关于基态集团结构的讨论可追溯到1938年。理论物理学家Hafstad和Teller通过分析α共轭核的结合能，发现α-α之间相互作用的能量近似常数，进而推测铍-8、碳-12、氧-16等原子核的基态中可能存在α分子型的集团结构。然而，这一理论假设未被证实。 
    近期，近代物理所等以新颖的实验方法，首次证实了在丰中子核铍-10基态中存在分子型结构。该实验在日本理化学研究所放射性核束工厂（RIBF）完成。该团队通过逆运动学下的敲出反应，研究了铍-10的α集团结构。实验中，0.5倍光速的铍-10次级束流轰击2毫米厚的固态氢靶，束缚在铍-10核中的α集团由质子敲出，几乎不转移任何动量给反应余核，使其保持了铍-10基态中的集团结构信息。 
    实验结果表明，敲出反应的实验截面与微观模型下的理论预测非常吻合，从而验证了长期以来对铍-10基态的分子态结构假设，即形成α-α哑铃状核心，两个价中子垂直绕核心轴旋转。类似的结构可以在原子尺度上找到，但在原子核基态中罕见。      这一研究首次为原子核基态的分子态结构理论描述提供了实验证据，并为进一步探索丰中子核基态中α集团结构的演化开辟了方向。 
    该研究由近代物理所联合香港大学、法国巴黎-萨克雷大学、日本理化学研究所、日本大阪大学、南京航空航天大学等合作完成。研究工作得到中国科学院战略性先导科技专项（B类）、博士后国际交流计划引进项目和国家自然科学基金等的支持。 论文链接Physics报道链接丰中子核铍-10基态集团结构敲出反应示意图铍-10原子核基态的分子型结构