2026年3月31日——无论是人类呼吸的空气、地球上的水体、宇宙中的星辰，原子都是构成万物的基本单元。理解原子核结构对天体物理学研究及医学影像、数据存储等应用领域至关重要。

佛罗里达州立大学物理系研究人员利用约翰·D·福克斯超导直线加速器实验室，对钛-50核展开的新研究表明：关于原子核磁性来源的长期理论解释在钛-50中并不完全适用。这项发表于《物理评论快报》的研究提示，科学界可能需要重新思考核磁性的解释机制。

“现有模型认为磁强度主要源于自旋翻转激发——即质子或中子在其自旋-轨道耦合能级间上下翻转自旋方向，”该跨国研究的合著者、副教授马克·斯皮克解释道，“我们首次证实这种自旋翻转并非核磁性的唯一产生机制。”

【工作原理】

现行核模型将质子与中子视为占据固定能级的独立粒子。当这些粒子在能级跃迁时改变自旋方向（即自旋翻转），就会产生磁强度。数十年来，学界普遍认为这种机制是原子核磁信号的主因，先进计算机建模也支持该预测。

但实验发现反常现象：具有明显中子自旋翻转结构的核激发态，并未产生最强磁信号。这意味着更多“自旋翻转”结构并不直接等同于更强磁效应。

【实验方法】

研究团队在福克斯实验室进行中子转移实验：用串列范德格拉夫加速器发射氘核（含一个质子和一个中子）束轰击钛-49薄膜。反应过程中，中子转移至钛-49生成钛-50，并释放残余质子。

通过超恩格分极摄谱仪测量质子发射角度，团队得以分析中子转移过程。

“就像用氘核束撞击钛-49使其'登上阶梯'，”斯皮克形象描述，“摄谱仪能测量不同'台阶'的高度，这取决于赋予原子核的激发能。”

结合电子/质子散射历史数据及合作院校的新光子散射实验数据，团队综合分析了中子自旋翻转对核磁行为的贡献。

结果显示实验磁信号强度与模型预测存在偏差，表明钛-50存在未知磁性来源。

“唯有整合所有数据集才能完整拼凑真相，”研究生兼合著者布莱恩·凯利强调，“通过其他探测手段发现的磁激发态证明，自旋-轨道伙伴间的翻转机制并非磁强度的唯一成因。”

【科学意义与展望】

该研究挑战了核磁行为的传统认知。深化原子核结构理解将改进核物理与天体物理模型，促进其与高能物理模型的衔接。这种跨学科协作有助于更好地理解构成宇宙的常规物质。

“探索宇宙本质本身就令人着迷，”斯皮克表示，“随着认知深入，这些新见解可能催生各种创新应用。所有常规物质都由原子核构成，对其'建筑模块'理解越深，造福社会的应用潜力就越大。”

未来研究将聚焦钛-50未解磁性的来源。

“这项工作表明，不能仅依赖磁强度测量来理解核激发态，”凯利指出，“磁强度分散于多个核态，揭示其机制需要更深入的核结构研究。”