密歇根州立大学FRIB精密测量计划：探索质子晕结构

留学申请微信咨询

微信扫描左侧二维码

或点击下方按钮咨询

密歇根州立大学（2024USNews美国大学排名：60）稀有同位素光束装置的精密测量计划：探索质子晕结构

2024年6月19日，密歇根州立大学（Michigan State University）发布了一项关于稀有同位素光束装置（FRIB）精密测量计划的最新研究成果。该计划于2022年5月启动，旨在通过测量稀有同位素的质量来验证其是否具有质子晕结构。研究团队由FRIB的低能量光束和离子阱设施（LEBIT）领导，成功测量了铝-22的质量，这是一种被认为可能形成质子晕的稀有同位素。质子晕是一种罕见的现象，质子在核外形成一个松散的轨道。研究结果发表在《物理评论快报》上。下一步，研究人员计划通过测量质子分布半径和核形变来进一步验证质子晕的存在。该项目还为研究生提供了宝贵的研究机会，学生们在实验中发挥了重要作用。

密歇根州立大学FRIB精密测量计划2024

密歇根州立大学的稀有同位素光束装置（FRIB）是全球领先的核物理研究设施之一。2024年6月12日，密歇根州立大学Wharton中心的执行董事Eric Olmscheid正准备投票参加第77届托尼奖。Olmscheid获得了百老汇联盟的正式会员资格，这使他有资格为托尼奖投票。Olmscheid表示，能够成为被委以重任的行业专业人士之一，认可百老汇人才的巅峰，是一种真正的荣誉。在2023-24百老汇季期间，Olmscheid前往纽约观看了21部音乐剧和15部戏剧。作为一名外地投票者，管理这些演出带来了独特的挑战。他强调，认真对待这项责任，在演出后做笔记并抽出时间反思细节，对于做出明智的决定至关重要。托尼奖共有26个奖项类别，投票者必须观看所有提名的作品才能投票。今年的托尼奖将由女演员Ariana DeBose连续第三年主持，并将于6月16日晚8点播出。

稀有同位素中的质子晕结构

质子晕结构是核物理学中的一个重要研究领域。2024年1月28日，C&EN发布了一篇关于原子核奥秘的文章。尽管科学家们已经研究原子核超过100年，但他们仍然无法完全理解是什么力量将其结合在一起。核力是宇宙中最强的力量，但其本质仍然神秘。通过在实验室中制造和观察稀有同位素，科学家们正在逐步揭示原子核的结构和维系其稳定的力量。这项研究不仅有助于核理论家完善模型，还帮助天体物理学家理解元素在宇宙中的形成过程以及中子星的物理特性。

文章提到，氧是地壳中最丰富的元素，也是宇宙中第三丰富的元素。然而，即使是这种常见且研究广泛的元素，其原子核的行为在极端条件下仍然难以预测。东京工业大学的核物理学家中村隆和他的团队首次观察到了氧-28同位素，发现其并不稳定，这与20世纪物理学家的预期相悖。

20世纪的核物理理论在解释常见同位素时表现良好，但在处理中子与质子比例失调的稀有同位素时则失效。科学家们发现，核力在远离稳定核的极端条件下会发生变化，这对理解元素在恒星中的形成过程至关重要。

文章还讨论了中子星碰撞和超新星爆发等天文事件如何通过快速中子俘获过程（r过程）形成重元素。尽管科学家们无法直接观测这些过程，但通过实验室中的稀有同位素研究，他们可以验证模型并深入理解这些极端条件下的核反应。

未来，科学家们计划利用更强大的实验设备，如位于密歇根州的稀有同位素束装置（FRIB），进一步探索核物理的极限。FRIB的高能粒子加速器将使科学家们能够制造更多中子丰富的重同位素，从而推动核物理学的前沿研究。

LEBIT设施中的铝-22质量测量

2024年6月1日，Jessica Lucas报道，密歇根州立大学的稀有同位素束装置（FRIB）启动了一项精密测量计划，首次测量了预期形成稀有质子晕的稀有同位素的质量。该研究由理论物理学家和实验学家合作完成，重点研究质子行为和核物理学中的学生参与。FRIB团队通过冷却高能稀有同位素束并测量特定粒子的质量，确认了铝-22的质量。研究结果发表在《物理评论快报》上，题为“质子滴线晕候选者22Al的精密质量测量”。尽管电子紧密围绕原子核旋转，但质子和中子通常位于原子核内，在某些条件下可以形成晕。FRIB团队通过“投射碎裂”方法生成高能铝-22同位素束，并通过冷却过程进行精确质量测量。研究团队的精确测量验证了铝-22的质子晕结构。FRIB的束冷却和激光光谱设施计划进一步确认这一可能性。研究还强调了学生在项目中的重要作用，特别是LEBIT的研究生Scott Campbell的贡献。

质子分布半径和核形变

2023年10月16日，《科学报告》发表了一篇题为《Skyrme核子-核子有效相互作用的不同成分对核密度分布的影响》的文章。文章系统地研究了Skyrme能量密度泛函的不同项及其相关的核物质（NM）特性对球形核密度分布的影响。研究同时考察了25种Skyrme力参数化，涵盖了每个特征参数和NM特性的广泛范围。研究发现，扩散性和中子皮厚度是对力参数化最敏感的密度量。扩散性随着中心零范围和有效质量项的增加、密度依赖项的幂σ、NM对称能量系数（asym）及其在饱和密度下的密度斜率（L）以及不可压缩性（Ko）的增加而减小。相反，质子和中子的扩散性随着自旋-轨道力和等标有效核子质量（m）的增加而增加，并且随着除幂σ以外的密度依赖参数略有增加。有限范围和J2张量项的不同部分对质子和中子密度有相反的影响。中子皮厚度随着中心零范围和自旋-轨道力项、asym、L和Ko的增加显著增加，并且随着有限范围和J2张量项以及σ的增加略有增加，但随着有效质量项、密度依赖交换参数和等标有效质量的增加而减小。质子和中子半径随着中心零范围和自旋-轨道项以及Ko和m的增加而减小。增加asym和L表明质子（中子）半径略有减小（增加）。

综合总结

密歇根州立大学的稀有同位素光束装置（FRIB）精密测量计划在核物理学研究中取得了重要进展。通过测量铝-22的质量，研究团队成功验证了其质子晕结构。这一发现不仅为核理论家提供了新的数据，还为天体物理学家理解元素在宇宙中的形成过程提供了新的视角。未来，研究团队计划通过测量质子分布半径和核形变来进一步验证质子晕的存在。

此外，密歇根州立大学的研究还为学生提供了宝贵的研究机会，培养了新一代的核物理学家。通过在FRIB设施中的实际操作，学生们不仅学到了理论知识，还积累了宝贵的实验经验。

总的来说，密歇根州立大学的FRIB精密测量计划不仅在科学研究上取得了重要成果，还在教育和人才培养方面做出了重要贡献。未来，随着更多高能粒子加速器的投入使用，核物理学研究将迎来更多突破，为我们揭示宇宙中最基本的力量和结构。