原子核是由質(zhì)子和中子等核子組成的量子多體系統(tǒng)，核子間的相互作用形成了多種有趣的原子核結(jié)構(gòu)，從球形核到變形核，甚至是表面密度稀疏的中子暈核。在這些結(jié)構(gòu)中，原子核內(nèi)出現(xiàn)集團(tuán)結(jié)構(gòu)是一個(gè)“特別”有趣的現(xiàn)象。原子核基態(tài)中的集團(tuán)結(jié)構(gòu)并不常見。有關(guān)基態(tài)集團(tuán)結(jié)構(gòu)的討論可以追溯到1938年，理論物理學(xué)家通過分析α共軛核的結(jié)合能，推測鈹-8、碳-12、氧-16等原子核的基態(tài)中可能存在α分子型的集團(tuán)結(jié)構(gòu)。但這一理論假設(shè)一直未被證實(shí)。

近期，中國科學(xué)院近代物理研究所科研人員和合作者以新穎的實(shí)驗(yàn)方法，首次證實(shí)了在豐中子核鈹-10基態(tài)中存在分子型結(jié)構(gòu)。該實(shí)驗(yàn)在日本理化學(xué)研究所放射性核束工廠（RIBF）上完成。研究團(tuán)隊(duì)通過逆運(yùn)動學(xué)下的敲出反應(yīng)，研究了鈹-10的α集團(tuán)結(jié)構(gòu)。實(shí)驗(yàn)中，0.5倍光速的鈹-10次級束流轟擊2毫米厚的固態(tài)氫靶，束縛在鈹-10核中的α集團(tuán)由質(zhì)子敲出，幾乎不轉(zhuǎn)移任何動量給反應(yīng)余核，使其保持了鈹-10基態(tài)中的集團(tuán)結(jié)構(gòu)信息。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，敲出反應(yīng)的實(shí)驗(yàn)截面與微觀模型下的理論預(yù)測非常吻合，從而驗(yàn)證了長期以來對鈹-10基態(tài)的分子態(tài)結(jié)構(gòu)假設(shè)，即形成α-α啞鈴狀核心，兩個(gè)價(jià)中子垂直繞核心軸旋轉(zhuǎn)。類似的結(jié)構(gòu)可以在原子尺度上找到，但在原子核基態(tài)中非常罕見。

這項(xiàng)研究首次為原子核基態(tài)的分子態(tài)結(jié)構(gòu)理論描述提供了實(shí)驗(yàn)證據(jù)，并為進(jìn)一步探索豐中子核基態(tài)中α集團(tuán)結(jié)構(gòu)的演化開辟了方向。