近日，兰州大学核科学与技术学院、稀有同位素前沿科学中心牛一斐教授团队与西安交通大学物理学院栗建兴教授团队合作，针对核物理中长期存在的难题——“如何测量具有更高多极性的同位旋矢量巨共振”，提出了一种基于电子探针调控原子核巨多极共振的新方案。该研究成果以“Angular Momentum Resolved Inelastic Electron Scattering for Nuclear Giant Resonances”为题，发表在物理学期刊《物理评论快报》(Physical Review Letters)上。西安交通大学物理学院博士研究生卢知为和兰州大学核科学与技术学院博士研究生郭亮为该论文共同第一作者，牛一斐教授和栗建兴教授为该论文的共同通讯作者。南开大学和西北核技术研究所为该论文的合作单位。

原子核巨共振由核内核子集体运动所引起，其不仅在核结构研究中具有基础性作用，而且可以作为约束核状态方程的手段，从而对理解超新星爆炸和中子星结构等一系列天体物理过程至关重要。然而，实验研究仍面临重大挑战：现有探针难以有效激发具有更高多极性的同位旋矢量巨共振。电子散射是目前的主要实验手段，但由于实验探针的多极选择性不足以及数据提取的模型依赖性过强，其获得的跃迁强度和共振宽度等关键参数的不确定度较大。

图：平面波电子(a)和涡旋电子(b)激发原子核的示意图

该工作基于准粒子无规相位近似模型，将电子的轨道角动量引入传统理论框架中，发展了角动量分辨的非弹性散射理论。研究发现，无论平面波还是涡旋电子激发巨共振，散射电子的角动量状态均与原子核磁量子数M相关联，通过精确测量散射电子态，可实现多极共振跃迁强度的模型无关提取。此外，平面波电子激发巨共振可有效产生具有轨道角动量的涡旋电子;而涡旋电子激发巨共振的微分散射截面与碰撞参数的依赖关系，为探测相对论高能涡旋电子的角动量提供了新方法。该研究揭示了轨道角动量在调控核跃迁中的关键作用，为核结构的理解开辟了新的视角，并为高能涡旋电子的产生和探测提供了新的可能性，激发了对涡旋电子应用的深入探索。

该研究工作得到了国家自然科学基金、国家重点研发计划、中物院激光聚变研究中心、陕西基础(数学、物理)研究院、中国核工业集团公司创新科学计划以及理论物理专款上海核物理理论研究中心等项目经费支持。