这是一场持续七年的微观世界探案:围绕钼-93同核异能态能量如何释放,中美团队展开精密实验与理论交锋。中国科学院近代物理研究所团队通过两轮高精度实验,以十万分之二、万分之五的激发几率上限数据,否定了电子俘获致核激发(NEEC)主导机制,确认真正‘开门人’是靶核自身的非弹性散射过程。
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2018年美国团队在《Nature》报道钼-93同核异能态1%激发几率,宣称由电子俘获(NEEC)引发
理论预测值比该实验值低约十亿倍,引发中科院近代物理所郭松团队强烈质疑
2022年首轮实验在兰州重离子加速器次级束流线上完成,测得激发几率上限仅2×10⁻⁵
2026年升级实验将探测精度再提一个量级,实测钼-93在碳箔中激发几率为5×10⁻⁴
实验数据与核-核非弹性散射理论预测完全吻合,排除电子主导机制
研究以‘编辑推荐’形式发表于《Physical Review Letters》,为可控核能释放提供关键物理依据
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原子核内一座蓄满能量的‘微观水坝’——钼-93同核异能态,其长达数小时的寿命与高达数兆电子伏的能量储备,让科学家执着追问:谁在控制闸门?是被寄予厚望的电子,还是更沉默的原子核本身?
1%的‘奇迹’疑云
2018年,美国阿贡国家实验室团队在《Nature》发表论文,宣称在钼-93同核异能态(⁹³ᵐMo)中观测到1.0(3)%的核激发现象,并将其归因为电子俘获致核激发(NEEC)。该结果被视为首次直接实验证据,引发全球关注。
然而,多个独立理论模型迅速指出矛盾:基于量子电动力学与核结构计算,NEEC在该体系中的理论激发几率应为10⁻⁹量级,比实验值低整整十亿倍。
中科院近代物理所郭松研究员据此在2021年《Nature》评论专栏发文质疑,指出原实验伽马本底厚重复杂,可能将背景信号误判为目标事件——‘在黑夜里寻找萤火虫,不如换一片更干净的夜空’。
首轮‘清场’实验
2021年起,团队依托兰州重离子加速器(HIRFL)的次级束流线,设计全新方案:将产生⁹³ᵐMo的初级核反应与后续能量释放测量彻底分离,使目标核在超低本底环境中减速并衰变。
2022年成果发表于《Physical Review Letters》,数据显示:未观测到任何符合NEEC特征的能量丢失现象,实测激发几率上限压至2×10⁻⁵(即十万分之二),与理论预期一致。
该结果首次在高精度实验中证伪了此前1%的结论,但并未锁定真正机制——‘真凶’仍隐于幕后。
精度跃升定乾坤
团队进一步优化全部实验条件:提升束流纯度、增强伽马谱仪分辨能力、增加离子鉴别效率,使⁹³ᵐMo识别数量较首轮提升一个数量级。
2026年最终实验中,在碳箔减速介质中精确提取出⁹³ᵐMo的激发几率为5×10⁻⁴(即万分之五),误差范围明确收敛。
该数值与‘核-核非弹性散射’理论模型预测值完全重合,偏离NEEC理论曲线达六个数量级。结论清晰:触发能量释放的并非外来电子,而是钼离子与靶材原子核碰撞时发生的非弹性相互作用。
科学求证的范式价值
这项工作不是简单否定前人,而是构建了可复现、可验证的物理判据链:从质疑出发,以本底控制为突破口,用逐级提升的精度压缩误差空间,最终让数据自己说话。
它揭示了一条基础科研的典型路径:重大发现需经得起多轮独立检验;高置信度结论往往诞生于对‘不可能选项’的系统性排除。
更重要的是,它厘清了钼-93体系中能量释放的真实物理通道,为未来设计同核异能态能源器件(如高密度储能材料)或伽马射线源提供了不可替代的基准参数。
这场跨越七年的追踪,不仅解决了钼-93能量释放机制的悬案,更示范了现代核物理研究如何依靠精密实验与理论互验逼近真相。当强流重离子加速器(HIAF)投入运行,更高精度的NEEC搜寻或将重启——但这一次,起点已建立在更坚实的数据基石之上。科学探索的终点,是否永远在下一次实验的校准曲线里?