新型质子发射体188At的发现揭示重核区前所未有的相互作用机制

研究人员通过107Ag(84Sr, 3n)188At熔合蒸发反应，首次发现迄今最重的质子发射体188At，其单质子分离能偏离系统学预测，表明重核区可能存在托马斯-埃尔曼效应（Thomas-Ehrman shift）。该研究通过扩展非绝热准粒子模型（NAQP），证实质子从极扁长变形态（主成分πs1/2）发射，为理解重核区质子发射机制和形状演化提供了关键证据。

　　

在原子核物理领域，质子发射现象是研究极端条件下核结构的重要窗口。自上世纪80年代首次在¹⁵¹Lu中发现质子发射以来，科学家已在108I至185Bi间观测到约50例质子发射体。然而，重核区（尤其是铅后元素）的质子发射机制仍存在诸多谜团：例如，185Bi的质子发射半衰期曾与理论预测严重不符，直至2021年才通过先进实验技术修正；更关键的是，描述轻核区质子未束缚态中低角动量轨道波函数延展效应的托马斯-埃尔曼现象，是否存在于重核区仍缺乏确凿证据。

为解决这些问题，芬兰于韦斯屈莱大学加速器实验室（JYFL-ACCLAB）联合国际团队开展了突破性研究。通过¹⁰⁷Ag(⁸⁴Sr, 3n)熔合蒸发反应，研究人员首次合成质子发射体¹⁸⁸At——这是迄今发现的最重质子发射同位素。实验使用充气反冲分离器（RITU）和GREAT焦平面谱仪，在300微米厚双面硅条探测器（DSSD）上捕获到两条衰变链：事件1显示1500(40) keV质子发射后伴随¹⁸⁷Po的31 keV α衰变；事件2为¹⁸⁸At的α逃逸事件。最大似然法测得质子发射半衰期T_1/2=190⁺³⁵⁰_-80 μs，Schmidt检验证实两事件同属单一核素（概率>90%）。

关键技术包括：1）JYFL-ACCLAB的K-130回旋加速器提供12粒子nA的⁸⁴Sr束流；2）RITU分离器结合GREAT谱仪实现高纯度核素分离；3）基于DSSD和硅PIN二极管的多探测器符合测量；4）扩展的非绝热准粒子模型（NAQP）计算变形核能级结构。

【结果与讨论】

1. 实验观测：两例衰变事件分别呈现质子发射（E_p=1500 keV）与α衰变（Q_α=7900 keV）特征，通过已知核素质量推算的α衰变阻碍因子支持数据自洽性。

2. 理论模型：扩展的NAQP模型计算显示，¹⁸⁸At最可能以2^-(+p,-n)态（主成分πs_1/2）发射质子，其波函数在β₂=0.24-0.3扁长变形区与实验半衰期吻合。对子核¹⁸⁷Po的计算支持5/2^-（ν2f_7/2）基态假设。

3. 托马斯-埃尔曼效应：¹⁸⁸At的单质子分离能S_p=-Q_p偏离液滴模型拟合曲线达3.8σ，与邻近πs_1/2主导的Bi、At同位素（如¹⁸⁵Bi）相似，而πf_7/2主导的Fr同位素无此现象，首次为重核区低角动量态（l=0）的托马斯-埃尔曼效应提供了实验证据。

这项发表于《Nature Communications》的研究具有三重意义：其一，¹⁸⁸At的发现将质子发射体的质量边界推向新高度；其二，NAQP模型成功应用于铅后核区，为变形质子发射体理论建立新范式；其三，S_p异常为探索重核区质子波函数与库仑相互作用开辟了新方向。未来对¹⁸⁹At的研究或将进一步验证这一效应，而更高统计量的实验有望缩小当前能量与半衰期的不确定性。