HIAF首項物理成果：只捕捉到10粒鉿-153，觸及原子核穩定邊界

位於廣東惠州的強流重離子加速器裝置（High Intensity heavy-ion Accelerator Facility，HIAF），在調試期間交出首項已報道的物理成果：研究人員成功產生及鑑別極度缺中子的稀有同位素鉿-153（^153Hf），合共只觀測到10粒離子。這項成果顯示，HIAF已具備探索接近原子核存在極限區域的能力。

HIAF首項成果講緊乜？

HIAF位於廣東省惠州市，於2026年7月21日開始試運行。這座新一代大型科學裝置的主要用途，是製造、分離及精確測量稀有放射性原子核，協助科學家了解原子核在變得不穩定之前，究竟可以存在到幾遠。

今次研究由中國科學院近代物理研究所牽頭，合作單位包括中國科學院大學、德國GSI亥姆霍茲重離子研究中心、德國科隆大學、東華理工大學，以及先進能源科學與技術廣東省實驗室。研究結果以短篇通訊形式，刊登於學術期刊《Science Bulletin》。

點解鉿-153咁重要？

鉿-153屬於重元素中「缺中子」的一區，即原子核內的中子數相對較少。對重原子核而言，要維持質子與中子之間的平衡並不容易；當中子不足，原子核便會逐漸接近穩定邊界，甚至無法再維持束縛狀態。

在今次實驗之前，鉿-153尚未有正式報道。確認它確實存在並測量其質量，為核物理學家提供一個新的實驗數據點，可用來檢驗核質量模型，以及研究原子核結構如何向穩定極限演變。

測量結果顯示，鉿-153屬於束縛或弱束縛核素，與多個核質量模型的預測一致。這個結果未必能夠一次過解答有關該同位素的所有問題，但就為預測極難直接觀測的原子核，提供重要實驗檢驗。

一束鉍離子，點樣搵出10粒鉿-153？

實驗首先由HIAF的增強器（Booster Ring）將鉍-209束流加速至每核子836.66 MeV，然後射向石墨靶。高速鉍離子撞擊靶材後，會發生彈核碎裂反應，產生由多種放射性原子核組成的混合物。

之後，這批混合物要經過層層篩選及測量。高能放射性束流線HIRIBL先將反應產物分離及輸送，再注入SRing儲存及譜儀環。飛行時間探測器協助區分不同的候選原子核，而等時性質譜技術則進一步提供精確質量測量。

最終，研究團隊一共記錄到10粒鉿-153離子。

難度並不只在於「整」出鉿-153，更在於要在大量較常見的反應產物之中，可靠地認出它。鉿-153的估算產生截面只有皮巴量級，代表它的產生率極低。HIAF需要同時發揮高強度初級束流、高分辨率碎片分離能力，以及可以感測單粒離子的高精度質量譜技術，先有機會完成鑑別。

RIKEN獨立觀測，令結果更穩陣

差不多同一時間，日本理化學研究所（RIKEN）旗下的放射性同位素束流工廠（RIBF），亦獨立報道觀測到鉿-153。

當一種核素的產生率低到只得零星幾粒時，獨立實驗的互相印證尤其重要。HIAF與RIBF的觀測結果相互支持，令鉿-153的鑑別更具可信性，亦為日後將這項數據與核理論比較，提供更穩固基礎。

對HIAF意味住乜？

鉿-153並不是HIAF科學計劃的終點，而是一次早期的性能展示。今次成果證明，HIAF的加速器、放射性束流輸送、碎片分離，以及精確質量測量系統，可以協同運作，研究極罕見而且壽命短暫的原子核。

隨着HIAF逐步提升束流強度及實驗效率，裝置的實驗探測能力預計可提高約兩個數量級。未來，研究人員有望發現更多新同位素、更嚴格地測試及修正核質量模型，並在更極端的質子—中子失衡條件下，量度原子核的各種性質。

所以，鉿-153的重要性有兩層：一方面，它是一種極難製造及鑑別的新核素；另一方面，它亦證明HIAF已經準備好，向原子核圖譜中較少人探索的邊界進發。