超核

含有超子(見奇異粒子)的原子核。最早發現的超核是含有一個Λ超子的Λ超核，它是波蘭科學家M.丹尼什和J.普涅夫斯基在1952年從暴露在宇宙線中的核乳膠裏發現的。由於Λ超子是最輕的奇異重子，而強相互作用要求奇異數和重子數守恆，因此Λ超子在核物質中相對於強相互作用是穩定的，只能產生弱相互作用衰變。這使得Λ超核和Λ超子有幾乎相同的壽命(大約為2×10秒)。因而在實驗上比較容易觀察到Λ超核。到目前為止，人們已經發現了幾十種 Λ超核，例如H、H、He、H、Be、C等。另外，還發現了兩種含有兩個Λ超子的雙Λ超核。除了Λ超核外，還發現了∑超核。理論上還預言有可能發現Ξ超核，但實驗上至今沒有觀察到。 ^[1] 

產生超核的方法主要是通過奇異交換反應，即將入射K介子的奇異數轉移到原子核上。K介子是另一類用於研究原子核的介子。它的同位旋是1/2，但它是奇異粒子①，具有奇異數S，K⁺的S=1，K^-的S=-1。它們可以通過(K^-1，π^-1)或(K⁺，π⁺)等這類奇異交換反應把核內的中子變成帶奇異數的重子，形成超核。(K^-，n^-)反應已成為目前產生超核的主要手段。

由於在這些反應中，K介子帶的奇異數轉移到Λ或∑超子上，因此稱其為奇異交換反應。通過這些反應，實驗物理學家已經測量到一系列相當清晰的超核激發能譜，為開展超核能譜學的理論研究創造了良好的條件。

應當注意，由於超核是一個由三類粒子（中子、質子和超子）組成的多體系統，它比原子核有更多的激發方式。例如，在Λ超核和雙 Λ超核中可能有五個粒子或六個粒子空間全對稱的態，即所謂超對稱態。這是普通原子核所沒有的新型激發態。因此研究超核的運動規律具有更特殊的意義。 ^[1] 

超核的發現，不僅證明了核由中子和質子組成，對於研究核子和超子之間的相互作用，以及超子進入原子核中後對其運動形態的影響都有重要作用。

1952年，M．Danysz和J．Pniewski首次在宇宙射線中觀測到的單人超核，這一觀測也同時宣告了超核物理的誕生、將原子核物理的研究範疇在核素圖上從中子和質子的二維空間擴展到了包括超子的三維空間。由於超子不受核子間Pauli不相容原理的限制，可以深入到核的內部，從而成為研究原子核性質或結構更有力的探針。

半個多世紀以來，隨着各種超核產生方法和測量手段的實現和改進，超核物理無論在實驗還是理論研究方面都有飛速的發展。迄今已觀測到30多例單A超核、三例雙A超核、一例∑超核，以及有待確認的幾例量超核。同時，還觀測到超核結構、產生和衰變等方面的全新特性。如引入一個或兩個超子會改變原子核的尺度、形狀、集體運動模式、團簇結構等，從而導致原子核結構的顯著變化，相應地出現新的對稱態和選擇法則等。 ^[2] 

同傳統的核物理相比，超核物理可以提供更為豐富的強子物質信息，為研究介子和重子SU(3)八重態性質提供了唯一的實驗室。通常，超子一核子和超子一超子相互作用可以由超子一核子散射數據和超核的結構性質來提取。基於SU(3)味對稱性以及單玻色子交換模型或者核子一核子相互作用的Bonn模型，目前已構建了一系列重子一重子相互作用。雖然它們都可以描述散射數據，但是它們的自旋一同位旋結構卻有很大差別。因此，為了更好地確定超子一核子相互作用，還需要測量更多自旋相關的觀測量和更詳細的超核能級結構。另外，為進一步理解三體力、張量力以及超子一超子相互作用等，也期待着更多的實驗數據。

在超核結構的研究中，平均場模型是一個應用較為廣泛的模型。但是，用平均場理論研究一兩個超子的運動是否合適與正常核結構研究類似，自旋一軌道相互作用起什麼作用，有無必要考慮張量項的貢獻等問題依然有待更多實驗數據的檢驗。

正常核物質中加入超子，已經出現了所謂的“類膠作用”使原來不束縛的原子核變為束縛的、通常原子核內不允許的“超對稱”態、以及改變正常核芯基態宇稱等新現象。目前，結合傳統核物理研究熱點之一的奇特現象研究，探討加入超子後相關奇特超核的性質，進而研究弱束縛、低密度且有極端中子質子數比的奇特核隨加入超子的變化、提供在低核物質密度時的超子一核子相互作用、研究中子暈現象在超子存在時的改變、超子暈現象的出現等，同樣是超核研究需要回答的問題。而且，這些問題還與天體物理中的中子星研究密切相關。

超核產生和衰變數據提供了超核結構的新穎信息並揭示了其靜態性質外的動力學性質。目前，不僅可以產生高能量分辨率的超核，同時還可以精確測量超核的壽命、準確鑑別出衰變產物。通過介子或光電束流可較精確地給出超核反應能譜，從而揭示超核裏單超子能譜的豐富特性；通過延遲裂變前的反質子吸收或質子束流轟擊靶核可以精確測量大質量範圍內的超核壽命；通過介子的奇異交換反應可以產生極化的超核，有利於探索激發模式下的複雜超核結構。另外，隨着Ge探測陣列和Hyperball在BNL和KEK的應用，能量分辨和統計質量大大提高，丫譜探測到超核的精細結構，給出了自旋相關的超子一核子相互作用信息[81。由於超核衰變需要符合測量和高強度的束流，所以對它們的研究較為有限。探討新的原子核反應機制、衰變模式、激發模式和譜學特徵等，對超核物理研究中無法規避的問題。

超核的出現，使得通常原子核的核素圖多了一個維度，擴展對物質構成及其基本規律等方面的認知，超核物理至少可以幫助我們瞭解以下問題：①重子一重子相互作用；②檢驗和發展現有的原子核結構模型；③探討新的原子核反應機制和衰變模式；④構建包括超子的核素圖；⑤研究超核的激發模式和譜學特徵；⑥拓展核物質的物態方程等。