激光光谱揭示$N=32$壳层闭合

原子核是强关联的量子多体系统，其壳层结构如何随中子过剩的增加而演化仍是核物理学中的一个核心开放问题。钙同位素是一个理想的试验场：除了传统的幻数$N=20,28$之外，在$N=32,34$（$^{52,54}\mathrm{Ca}$）处也提出了新的壳层闭合。虽然电荷半径向$N=32$方向迅速增大，但由于每秒仅几个离子的低产额，同位素链中更高阶的矩和半径一直无法测量。在此，我们应用一种高灵敏度的共线激光光谱技术，揭示了一个极其简单的行为：向$^{52}\mathrm{Ca}$添加一个中子，在$^{53}\mathrm{Ca}$中产生一个纯的单粒子磁偶极矩，而向$^{54}\mathrm{Ca}$方向的电荷半径斜率超过了向$^{52}\mathrm{Ca}$方向的斜率。这为稳健的$N=32$壳层闭合提供了强有力的证据，并严格约束了核结构模型。