原子核之所以能夠穩(wěn)定存在，是因為強核力將質(zhì)子和中子緊緊地結(jié)合在一起。強核力是一種強大的相互作用，它克服了質(zhì)子之間的電排斥力。然而，這種力隨著離原子核中心距離的增加而減弱。

在某一點上，強核力變得不足以留住最外層的質(zhì)子，這些質(zhì)子可以“滴”出原子核，因此有了“質(zhì)子滴線”這個術(shù)語。質(zhì)子滴線是理論上核穩(wěn)定性的邊界，它標志著質(zhì)子能夠穩(wěn)定存在的極限。研究滴線附近的原子核是至關(guān)重要的，因為它們表現(xiàn)出奇特的性質(zhì)，挑戰(zhàn)了我們目前對核物理的理解。

鋁-22有8個質(zhì)子和14個中子，非常接近質(zhì)子滴線。理論物理學(xué)家家預(yù)測，鋁-22可能擁有一個 "質(zhì)子暈"，其中一個或兩個質(zhì)子占據(jù)遠離核心的松散束縛軌道，形成圍繞核心的彌漫云。與穩(wěn)定的原子核相比，這種暈結(jié)構(gòu)使原子核的半徑比預(yù)期的要大得多，會顯著改變鋁-22的性質(zhì)。

解開鋁-22核結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵在于精確測量其質(zhì)量。然而，這是一項艱巨的任務(wù)。鋁-22是一種高度不穩(wěn)定的同位素，只存在幾毫秒就會衰變。傳統(tǒng)的質(zhì)量測定方法實在太慢，無法捕捉到這種稍縱即逝的原子核。

這就是密歇根州立大學(xué)的稀有同位素光束研究所(FRIB)的用武之地，F(xiàn)RIB 擁有專門為研究奇特原子核而設(shè)計的尖端技術(shù)。研究團隊利用了FRIB的低能束和離子阱 (LEBIT) 設(shè)施，該設(shè)施利用了一種名為潘寧阱的精密儀器。

潘寧阱就像一個微型粒子動物園，用強大的磁場和精心設(shè)計的電場來限制像鋁-22離子這樣的帶電粒子。通過精確測量離子在阱內(nèi)的回旋運動，科學(xué)家可以異常準確地確定其質(zhì)量。

在《物理評論快報》上發(fā)表的一項具有里程碑意義的研究中，研究團隊使用LEBIT潘寧阱首次測量了鋁-22的質(zhì)量。這一成就標志著核物理學(xué)的一個重要里程碑，為更深入地理解質(zhì)子滴線附近的原子核鋪平了道路。

鋁-22質(zhì)量的測量結(jié)果顯示出驚人的低質(zhì)子分離能，即從原子核中移除一個質(zhì)子所需的能量，這個異常小的值強烈支持鋁-22中存在質(zhì)子暈。暈中松散結(jié)合的質(zhì)子對原子核的總質(zhì)量貢獻很小，這解釋了觀測值。

鋁-22的精確質(zhì)量測量為進一步探索質(zhì)子暈核鋪平了道路。通過將測量質(zhì)量與理論預(yù)測進行比較，科學(xué)家們可以獲得關(guān)于核力性質(zhì)及其對奇異核結(jié)構(gòu)影響的寶貴見解。這些發(fā)現(xiàn)還可以用于改進核模型并提高我們對核穩(wěn)定性的理解。未來的研究可能涉及鋁-22的衰變特性，并將它們與其他質(zhì)子暈候選體進行比較。

總而言之，鋁-22是我們探索質(zhì)子暈核方面的重要飛躍。通過采用高精度質(zhì)量測量技術(shù)，為該奇特同位素中存在暈結(jié)構(gòu)提供了令人信服的證據(jù)。