超核

除了中子和质子外还包含超子的原子核

超核，除了中子和质子外还包含一个超子的原子核。超核是波兰科学家M.丹尼什和J.普涅夫斯基在1952年从暴露在宇宙线中的核乳胶里发现的。

简介

含有超子(见奇异粒子)的原子核。最早发现的超核是含有一个Λ超子的Λ超核，它是波兰科学家M.丹尼什和J.普涅夫斯基在1952年从暴露在宇宙线中的核乳胶里发现的。由于Λ超子是最轻的奇异重子，而强相互作用要求奇异数和重子数守恒，因此Λ超子在核物质中相对于强相互作用是稳定的，只能产生弱相互作用衰变。这使得Λ超核和Λ超子有几乎相同的寿命(大约为2×10秒)。因而在实验上比较容易观察到Λ超核。到目前为止，人们已经发现了几十种 Λ超核，例如H、H、He、H、Be、C等。另外，还发现了两种含有两个Λ超子的双Λ超核。除了Λ超核外，还发现了∑超核。理论上还预言有可能发现Ξ超核，但实验上至今没有观察到。

产生反应

产生超核的方法主要是通过奇异交换反应，即将入射K介子的奇异数转移到原子核上。K介子是另一类用于研究原子核的介子。它的同位旋是1/2，但它是奇异粒子①，具有奇异数S，K+的S=1，K-的S=-1。它们可以通过(K-1，π-1)或(K+，π+)等这类奇异交换反应把核内的中子变成带奇异数的重子，形成超核。(K-，n-)反应已成为目前产生超核的主要手段。

由于在这些反应中，K介子带的奇异数转移到Λ或∑超子上，因此称其为奇异交换反应。通过这些反应，实验物理学家已经测量到一系列相当清晰的超核激发能谱，为开展超核能谱学的理论研究创造了良好的条件。

应当注意，由于超核是一个由三类粒子（中子、质子和超子）组成的多体系统，它比原子核有更多的激发方式。例如，在Λ超核和双 Λ超核中可能有五个粒子或六个粒子空间全对称的态，即所谓超对称态。这是普通原子核所没有的新型激发态。因此研究超核的运动规律具有更特殊的意义。

研究意义

超核的发现，不仅证明了核由中子和质子组成，对于研究核子和超子之间的相互作用，以及超子进入原子核中后对其运动形态的影响都有重要作用。

超核物理的研究发展

1952年，M．Danysz和J．Pniewski首次在宇宙射线中观测到的单人超核，这一观测也同时宣告了超核物理的诞生、将原子核物理的研究范畴在核素图上从中子和质子的二维空间扩展到了包括超子的三维空间。由于超子不受核子间Pauli不相容原理的限制，可以深入到核的内部，从而成为研究原子核性质或结构更有力的探针。

半个多世纪以来，随着各种超核产生方法和测量手段的实现和改进，超核物理无论在实验还是理论研究方面都有飞速的发展。迄今已观测到30多例单A超核、三例双A超核、一例∑超核，以及有待确认的几例量超核。同时，还观测到超核结构、产生和衰变等方面的全新特性。如引入一个或两个超子会改变原子核的尺度、形状、集体运动模式、团簇结构等，从而导致原子核结构的显著变化，相应地出现新的对称态和选择法则等。

同传统的核物理相比，超核物理可以提供更为丰富的强子物质信息，为研究介子和重子SU(3)八重态性质提供了唯一的实验室。通常，超子一核子和超子一超子相互作用可以由超子一核子散射数据和超核的结构性质来提取。基于SU(3)味对称性以及单玻色子交换模型或者核子一核子相互作用的Bonn模型，目前已构建了一系列重子一重子相互作用。虽然它们都可以描述散射数据，但是它们的自旋一同位旋结构却有很大差别。因此，为了更好地确定超子一核子相互作用，还需要测量更多自旋相关的观测量和更详细的超核能级结构。另外，为进一步理解三体力、张量力以及超子一超子相互作用等，也期待着更多的实验数据。

在超核结构的研究中，平均场模型是一个应用较为广泛的模型。但是，用平均场理论研究一两个超子的运动是否合适与正常核结构研究类似，自旋一轨道相互作用起什么作用，有无必要考虑张量项的贡献等问题依然有待更多实验数据的检验。

正常核物质中加入超子，已经出现了所谓的“类胶作用”使原来不束缚的原子核变为束缚的、通常原子核内不允许的“超对称”态、以及改变正常核芯基态宇称等新现象。目前，结合传统核物理研究热点之一的奇特现象研究，探讨加入超子后相关奇特超核的性质，进而研究弱束缚、低密度且有极端中子质子数比的奇特核随加入超子的变化、提供在低核物质密度时的超子一核子相互作用、研究中子晕现象在超子存在时的改变、超子晕现象的出现等，同样是超核研究需要回答的问题。而且，这些问题还与天体物理中的中子星研究密切相关。

超核产生和衰变数据提供了超核结构的新颖信息并揭示了其静态性质外的动力学性质。目前，不仅可以产生高能量分辨率的超核，同时还可以精确测量超核的寿命、准确鉴别出衰变产物。通过介子或光电束流可较精确地给出超核反应能谱，从而揭示超核里单超子能谱的丰富特性；通过延迟裂变前的反质子吸收或质子束流轰击靶核可以精确测量大质量范围内的超核寿命；通过介子的奇异交换反应可以产生极化的超核，有利于探索激发模式下的复杂超核结构。另外，随着Ge探测阵列和Hyperball在BNL和KEK的应用，能量分辨和统计质量大大提高，丫谱探测到超核的精细结构，给出了自旋相关的超子一核子相互作用信息[81。由于超核衰变需要符合测量和高强度的束流，所以对它们的研究较为有限。探讨新的原子核反应机制、衰变模式、激发模式和谱学特征等，对超核物理研究中无法规避的问题。

超核的出现，使得通常原子核的核素图多了一个维度，扩展对物质构成及其基本规律等方面的认知，超核物理至少可以帮助我们了解以下问题：①重子一重子相互作用；②检验和发展现有的原子核结构模型；③探讨新的原子核反应机制和衰变模式；④构建包括超子的核素图；⑤研究超核的激发模式和谱学特征；⑥拓展核物质的物态方程等。

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