马余刚院士团队许志成、王思敏等在原子核镜像对称性破缺研究中取得新进展

近日，我所马余刚院士团队许志成博士后、王思敏青年研究员与北京大学、密歇根州立大学、中国科学院近代物理研究所、中山大学、圣路易斯华盛顿大学等单位合作者，在原子核基态镜像对称性破缺研究中取得新进展。相关成果以 “Identification of ¹⁷Na Ground-state and Mirror Symmetry Violation with ¹⁷C” 为题，于2026年9月2日在线发表于《物理评论快报》（Physical Review Letters）。论文链接：https://doi.org/10.1103/3mqd-58tp

同位旋对称性是理解原子核结构的重要基础。通常情况下，质子数与中子数互换的一对镜像核具有相近的基态性质；当这种对称性发生破缺时，相关现象可作为研究丰质子和丰中子区域核结构差异、检验极端同位旋非对称条件下核力性质的灵敏探针。其中，基态镜像对称性破缺（ground-state mirror symmetry violation, GMSV）表现为一对镜像核具有不同的基态自旋，目前已知案例很少。发现新的 GMSV 体系并厘清其形成机制，有助于进一步理解滴线附近开放量子体系的结构特征。

该研究聚焦质子滴线外三质子非束缚核 ¹⁷Na。研究团队利用美国国家超导回旋加速器实验室提供的 ²⁰Mg 放射性次级束，通过其在 ⁹Be 靶上的弹核破裂反应产生 ¹⁷Na，并对其衰变出射的四个末态粒子（¹⁴O + 3p）进行完全符合测量。通过不变质量法重建 ¹⁷Na 的不变质量谱，并区分不同衰变路径，研究团队首次确定了 ¹⁷Na 的基态位置；进一步基于基态出射质子角分布分析，确定其基态自旋宇称为 5/2⁺。

图1. ¹⁷Na/¹⁷C 镜像核中的基态镜像对称性破缺示意图

由于 ¹⁷Na 的镜像核 ¹⁷C 基态自旋为 3/2⁺，该工作确认 ¹⁷Na/¹⁷C 构成一例新的 GMSV 体系。与此前已知案例主要由单一 Thomas-Ehrman 效应或形变差异引起不同，¹⁷Na/¹⁷C 中的破缺还受到价核子多体关联的重要影响，体现了连续谱耦合与多体关联之间的相互作用。伽莫夫壳模型（Gamow shell model, GSM）计算结果支持了这一机制图像。

图2. ¹⁷Na/¹⁷C 镜像核低能态与 GSM 计算得到的价核子占据数

该成果表明，在质子滴线附近的极端同位旋非对称区域，核力的细微差异可能显著改变镜像核的基态和低激发能结构，从而导致基态镜像对称性破缺。该研究加深了对丰质子核结构的认识，揭示了 GMSV 机制的多样性，也为进一步探索多核子晕结构、集团结构等奇特核结构提供了新的实验和理论依据。

北京大学物理学院2026届博士研究生倪磊和复旦大学现代物理研究所博士后许志成为论文共同第一作者。北京大学李智焕、华辉，复旦大学现代物理研究所王思敏，以及密歇根州立大学 Kyle Brown 为共同通讯作者。研究工作得到国家重点研发计划、国家自然科学基金、中国博士后基金会等项目支持。