壳模型是理解原子核结构的基石。在原子核内，核子主要在其余核子提供的平均场里运动。类似于电子绕原子核的运动，核子也处在不同角动量的轨道上。Mayer和Jensen提出的这一“独立粒子运动模型”获得了1963年诺贝尔物理学奖。

随着近30 年来放射性核束物理的发展，原子核版图从天然存在的288 种稳定核素扩大到3300 多种（理论预言存在10000 余种），核物理的研究前沿进入到广阔的不稳定核区。在不稳定核区出现了一系列新的现象，包括壳结构演化、晕结构、集团结构、形状共存等，对传统核结构理论提出了挑战。对远离稳定线的原子核结构的研究，揭示了核内有效相互作用的新形式以及超出传统核结构理论的新自由度，也深刻影响了我们对宇宙中元素形成过程的理解。

图1，当前核物理研究的前沿：不稳定核区发现的新现象

图2，我对原子核结构的理解

开展不稳定原子核物理实验，我们会把要研究的不稳定原子核加速，然后用它打靶，发生核反应，实验上我们会测量剩余核在不同末态的截面。对不同的反应类型，我们会选择不同的靶开展实验。比如用质子靶开展敲出反应，用铅靶开展库伦破碎反应。 实验用的观测量包括伽马能谱，可以提取剩余核的能级和寿命，动量分布，可以提取被移除核子的轨道角动量，反应截面，可以提取粒子轨道占有数，不变质量谱提取共振态和连续态信息。

亮点工作1:

Y. L. Sun*, A. Obertelli et al., “Restoration of the Natural E(1/2⁺) - E(3/2⁺) Energy Splitting in Odd-K isotopes Towards N = 40”, Phys. Lett. B 802, 135215 (2020).

研究远离稳定线的原子核，一个非常大的困难是束流强度很低。这时候我们采用一个新的技术：使用厚靶来提高统计，同时在靶周围使用径迹探测器重建反应点，保证提高统计的同时实验分辨率不变。使用这个技术我们测量了束流强度只有5个粒子每秒的极丰中子K同位素(^51,53K，质子数19，中子数32、34)的在束伽马谱。通过动量分布指定了^51,53K基态和第一激发态的自旋宇称，发现对于K同位素链反转的质子单粒子轨道1s_1/2和0d_3/2在N = 32和34恢复自然排序。基于我们的数据，法国CNRS的F. Nowacki和日本东京大学T. Otsuka团队在丰中子区域发展新的有效相互作用。

图3， ^51,53K的在束伽马谱学研究

亮点工作2: 

Y. L. Sun*, T. Nakamura et al., “Three-body breakup of ⁶He and its halo structure”, Phys. Lett. B 814, 136072 (2021).

当我们研究的原子核更进一步远离稳定线，一个很有趣的现象就是由于量子隧穿效应会有晕核的出现。⁶He是最轻的双中子晕核，由α粒子和两个价中子组成。关于双中子晕核一个非常重要的问题是两个价中子是否形成空间关联的双中子集团。我们通过70MeV每核子的⁶He在Pb靶上的库伦破碎，提取了⁶He目前最高精度的电偶极响应，由此得到⁶He双中子相对于alpha核芯的张角为56度加减10度，这个角度明显小于90度，说明⁶He基态中存在空间关联的双中子。该工作为世界上十余种少体计算模型提供了数据基准。

图4，通过库伦破碎反应提取双中子晕核6He的电偶极响应