以高能加速器研究機構（KEK）基本粒子原子核研究所和光原子核科學中心的和田道治中心主任、馬可·羅森布什特任助教、以及理化學研究所仁科加速器科學研究中心低速RI光束生成裝置開發團隊的飯村俊初級研究助理爲中心的國際共同研究團隊，利用理化學研究所的重離子加速器設施「RI光束工廠（RIBF）」中的超導RI光束生成分離裝置（BigRIPS）、低速RI光束發生器（SLOWRI）、多反射式飛行時間測量質譜儀（MRTOF），成功實施了釩、鈦的中介子過剩同位素的高精度質量測量。本次研究應答到了中子數34這一新魔數在鈦、釩同位素中消失的現象。
圖3 實驗裝置概念圖（供圖：KEK）
高速RI光束被能量減速板大致減速後，在填充了0.2氣壓氦氣的高頻氣體單元裝置内停止，並在離子狀態下被高頻地毯拉出，被離子阱擷取。將被擷取的離子射入MRTOF質譜儀，在其中往返數百次後由偵檢器檢測出，並記錄飛行時間。
研究團隊將含有鈦同位素（Ti-56、Ti-58）和釩同位素（V-55～59）的高速混合光束，透過以高頻氣體爲主的SLOWRI原型裝置減速及冷卻，並將其捕集到離子阱中，以MRTOF進行質量測定。在Ti-58的測量中，透過-58TiOH+離子的飛行時間與同時測量得到的C2FO2+分子離子的飛行時間之比，可以高精度、高正確度地確定-58Ti的原子質量。同時還可以測定Cr-58、V-58、V-59的質量。
透過上述方法，研究團隊成功測量了Sc（鈧）、Ti、V、Cr（鉻）、Mn（錳）15個元素的同位素質量。測定結果與文獻中高精度報告的原子種類高度一致，大幅提高了Sc-55、Ti-56、Ti-58、V-56、V-58、V-59的精度。
使用上述質量測定結果，研究團隊導出2中介子殼層間隙能量（Δ2n）後發現，Ti-58、V-59的新質量值比文獻值小得多，魔數性的指標Δ2n與Sc和Cr等同。由此至今爲止被認爲是新魔數的N＝34，在鈦和釩中消失。這一結果也得到了超級計算機「富嶽」計算出的最新理論（蒙特卡羅殼模式）的支援。
和田中心主任指出：「本次測定成功的鈦、釩同位素，是過去用其他方法曾經測定過的原子核，但本次我們以更高的精度確定了其質量，因此獲得了顛覆以往常識的劃時代成果。今後，我們還將對一千種以上可測定原子核進行全面的高精度質量測定，希望發現新的顛覆常識的成果，並進一步解開重元素的起源。」
原文：《科學新聞》
翻譯：JST客觀日本編輯部
【論文資訊】
雜誌：Physical Review Letters
論文：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
