［本站讯］山东大学核科学与能源动力学院核科技与综合利用团队与国际同行合作，在原子核中发现一种极其罕见的振动形式。其成果以“First Observation of Multiphonon γ-Vibrations in an Odd-Odd Nuclear System”为题发表在顶尖刊物 Physical Review Letters 上。团队成员王恩宏研究员为第一作者和共同通讯作者、王守宇教授与法国GANIL国家实验室前主任Alahari Navin为共同通讯作者。这一发现不仅刷新了人们对极端条件下原子核行为的认知，还生动展示了强相互作用粒子如何自发‘编排’出协调的集体运动。这种现象与鸟群迁徙、天气系统演变乃至金融市场波动如出一辙——它们均源于大量个体间的相互作用所涌现出的宏观模式。

图1 原子核γ震动示意图

微小原子核中的集体运动

在日常生活中，振动通常表现为物质的连续运动，比如琴弦的震动。而在固体中，振动会以离散的能量形式存在，这些量子化的振动被称为“声子”。更令人惊讶的是，原子核——由质子和中子组成的致密核心——也会发生集体振动。

与晶体不同的是，原子核是一个极其微小、由强相互作用束缚的量子系统。它的振动是所有质子和中子协同运动的结果。几十年前，物理学家波尔和莫特森首次成功地将原子核描述为可以振荡和变形的“量子液滴” ，并因此获得了诺贝尔奖。其中一种重要的振动模式被称为“γ振动”，它表现为原子核在不同不对称形状之间的振荡。通过研究这种振动，科学家可以判断原子核是否保持对称，或存在形变。

罕见的多声子振动量子态

通常情况下，原子核中的振动非常脆弱。由于原子核是一个有限的小体系，这些集体振动很容易与单个质子和中子的复杂运动混合，从而失去“纯粹”的振动特征。因此，同时激发多个振动量子的“多声子”振动极为罕见。

经过数十年的探索，山东大学核科技与综合利用团队与合作组的研究人员如今在一种极具挑战性的体系——奇奇核，即同时含有一个未成对质子和一个未成对中子的原子核——中观测到了多声子γ振动。这类原子核通常具有复杂的低能态结构，因此清晰的振动模式更加难以辨认。

这项突破来自对中子丰度较高的铌-104同位素的实验研究。研究团队结合了两套先进的γ射线探测系统，对激发态能级能量、自旋以及电磁跃迁性质进行了高精度测量，从而成功识别出多个相互关联的振动带结构。实验结果显示，不仅存在一个γ振动带，还观测到多个相互联系的激发带，这正是多声子γ振动的清晰证据。

图2 两套实验装置图

一个可能“多重形状共存”的原子核

研究结果表明，铌-104原子核并非保持固定形状，而是在不同几何构型之间波动。实验数据暗示其具有三轴形变（即三个主轴长度不同的非对称形状），并可能同时存在一种类似飞碟的扁椭球形同质异能态。这种现象被称为“形状共存”，意味着同一个原子核在相近能量下可以呈现不同的几何形态。

理论模型成功再现了这些能级和跃迁特征，进一步支持了多声子振动的解释。

这一发现意味着什么？

这项研究表明，即使在未成对质子和中子的复杂影响下，原子核依然能够保持稳健的集体振动模式。换句话说，即使内部结构复杂，原子核仍然可以维持多重振动量子的协同运动。

对这些罕见振动态的理解，有助于科学家完善原子核结构模型，更深入地认识强相互作用如何在最基本层面塑造物质结构。同时，这项研究也为理解其他物理、化学、生物、金融体系中的集体模式提供了新的思路。