百年物理謎團可能解開，不同距離觀察鈦-48 核結構會改變

世界周遭一切都由肉眼看不見的粒子組成，物理學家正在不斷深入了解這個神祕領域。最近，大阪公立大學團隊一篇新研究表明，原子的核結構可能根據質子、中子與原子核中心的距離而產生變化。

核殼層模型（Nuclear shell model）是一種描述原子核能量級別的模型，與電子軌域模型略為不同，此模型主要用於解釋核子（質子、中子）在原子核的排列，而質子、中子核殼層相互獨立、在不同能量殼層運行，每個殼層可容納一定數量的核子。

當質子與中子填滿某個核殼層，該核素就會更穩定；此外，特定核子數（2、8、20、28、50、82、126）又稱為幻數，擁有這些數量的核子會形成特別穩定的核。

鈦-48（Titanium-48）是鈦所有同位素裡豐度最高的天然同位素，具 22 個質子和 26 個中子，雖然核子數不符合幻數，但中子數（26）接近 28，因此仍具一定穩定性。

整體而言，核殼層模型在解釋核結構時考慮了對稱性（比如質子和中子的排列遵循類似規律、相互作用顯出鏡像對稱性），但由於核子數量不同，加上相互作用的複雜性，這些對稱性並非絕對，比如一種被稱為 alpha cluster 的結構，指核的外部區域有 α 粒子以特定方式聚集形成不對稱結構。

▲ 鈦-48的核結構會根據與核中心距離從殼模型結構轉變為 alpha cluster 結構。（Source：大阪公立大學）

α 粒子與氦原子核相同，都具 2 個質子和 2 個中子，通常在 α 衰變過程釋出，而當發生 α 衰變，鈦-48 就會變成鈣-44，於是大阪公立大學（Osaka Metropolitan University，OMU）團隊比較了理論模型與現有實驗數據，想確定鈦-48 是否具對稱殼層結構或 alpha cluster 結構。

結果表明，鈦-48 會根據與核中心的距離不同，從殼層結構轉變為 alpha cluster 結構；或者說，原子核結構可能根據質子、中子與原子核中心的距離而變化。

這項結果顛覆我們對核結構的傳統理解，有望為重核內部發生的 α 衰變過程提供新線索，由於鈦-48 在宇宙可能參與各種核反應，生成其他同位素，對於理解超新星爆炸、重元素合成過程具重要意義。

新論文發表在《Physical Review C》期刊。