南开新闻网讯（通讯员 程丹）近日，南开大学物理科学学院许方方与北京大学物理学院赵鹏巍副教授合作，提出利用原子核质量探测正四面体对称性的新方法。研究表明，由相邻原子核质量构造得到的三重结合能差是一种识别原子核正四面体对称性的灵敏探针。相关研究成果以“Mass Probe of Tetrahedral Symmetry in Atomic Nuclei”(原子核中正四面体对称性的质量探针)为题，在线发表于物理学领域顶级学术期刊《物理评论快报》(Physical Review Letters)，并被遴选为当期封面。
正四面体对称性广泛存在于分子、金属团簇和富勒烯等量子体系中。早在二十多年前，理论研究就预言原子核也可能出现这种高对称形变，即一种类似正四面体但表面圆滑的“金字塔状”结构。然而，原子核形状的实验判定多为间接手段，能级、转动带或电磁跃迁等候选信号可能受到其他集体运动与关联效应的干扰。因此，原子核中是否真正存在正四面体对称性，以及如何找到有辨识度的观测判据，一直是核结构领域的重要前沿问题。
为回答这一问题，研究团队采用不预设任何空间对称性的三维格点相对论密度泛函理论，对锆及其相邻锶同位素的基态结合能进行了自洽计算。研究发现，理论计算很好地再现了现有质量数据所反映的三重结合能差系统趋势；更关键的是，只有当计算允许正四面体形变自由度时，锆-80 附近的异常结构才会自然出现。一旦人为压制正四面体形变，该结构便消失，计算结果也明显偏离质量系统学规律。
该工作首次表明，高精度质量信息本身就能够为正四面体对称性的识别提供重要证据，打破了以往主要依赖激发谱、转动带和电磁跃迁等谱学观测量的研究思路，在原子核质量与高阶几何对称性之间建立了新的联系，为探索原子核中复杂形状与量子多体关联提供了新的研究视角。该工作同时为实验观测提供了新的检验途径。未来，对更缺中子的锆同位素，特别是锆-76 质量的精密测量，将有望对锆-80 附近预测的质量异常结构进行关键检验。如果实验确认相应的三重结合能差特征，将为锆-80 中存在正四面体对称结构提供有力支持，并推动人们从新的角度理解原子核中的对称性、自发对称性破缺以及量子多体关联效应。
南开大学为该工作的第一完成单位，物理科学学院许方方为论文第一作者，北京大学物理学院赵鹏巍为通讯作者。该研究得到国家重点研发计划、中央高校基本科研业务费、国家自然科学基金以及北京大学高性能计算平台等支持。
论文链接：https://doi.org/10.1103/89v1-lrb2
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