以高能加速器研究机构（KEK）基本粒子原子核研究所和光原子核科学中心的和田道治中心主任、马可·罗森布什特任助教、以及理化学研究所仁科加速器科学研究中心低速RI光束生成装置开发团队的饭村俊初级研究助理为中心的国际共同研究团队，利用理化学研究所的重离子加速器设施“RI光束工厂（RIBF）”中的超导RI光束生成分离装置（BigRIPS）、低速RI光束发生器（SLOWRI）、多反射式飞行时间测量质谱仪（MRTOF），成功实现了钒、钛的中子过剩同位素的高精度质量测量。本次研究确认到了中子数34这一新幻数在钛、钒同位素中消失的现象。
图3 实验装置概念图（供图：KEK）
高速RI光束被能量减速板大致减速后，在填充了0.2气压氦气的高频气体单元装置内停止，并在离子状态下被高频地毯拉出，被离子阱捕获。将被捕获的离子射入MRTOF质谱仪，在其中往返数百次后由检测器检测出，并记录飞行时间。
研究团队将含有钛同位素（Ti-56、Ti-58）和钒同位素（V-55～59）的高速混合光束，通过以高频气体为主的SLOWRI原型装置减速及冷却，并将其捕集到离子阱中，以MRTOF进行质量测定。在Ti-58的测量中，通过-58TiOH+离子的飞行时间与同时测量得到的C2FO2+分子离子的飞行时间之比，可以高精度、高正确度地确定-58Ti的原子质量。同时还可以测定Cr-58、V-58、V-59的质量。
通过上述方法，研究团队成功测量了Sc（钪）、Ti、V、Cr（铬）、Mn（锰）15个元素的同位素质量。测定结果与文献中高精度报告的原子种类高度一致，大幅提高了Sc-55、Ti-56、Ti-58、V-56、V-58、V-59的精度。
使用上述质量测定结果，研究团队导出2中子壳层间隙能量（Δ2n）后发现，Ti-58、V-59的新质量值比文献值小得多，幻数性的指标Δ2n与Sc和Cr等同。由此至今为止被认为是新幻数的N＝34，在钛和钒中消失。这一结果也得到了超级计算机“富岳”计算出的最新理论（蒙特卡罗壳模型）的支持。
和田中心主任指出：“本次测定成功的钛、钒同位素，是过去用其他方法曾经测定过的原子核，但本次我们以更高的精度确定了其质量，因此获得了颠覆以往常识的划时代成果。今后，我们还将对一千种以上可测定原子核进行全面的高精度质量测定，希望发现新的颠覆常识的成果，并进一步解开重元素的起源。”
原文：《科学新闻》
翻译：JST客观日本编辑部
【论文信息】
杂志：Physical Review Letters
论文：Study of the N=32and N=34 Shell Gap for Ti and V by the First High-Precision Multireflection Time of-Fright Mass Measurements at BigRIPS-SLOWRI
DOI：10.1103/PhysRevLett.130.012501
