原子核的“壳层结构”如何影响质子和中子的近距离配对

本文核心内容：这篇论文研究原子核内部质子和中子在极近距离如何形成短程关联对，并发现这种配对与核壳层轨道结构关系密切，超出传统模型预期，提示需要新的量子选择规则。

背景：原子核是由质子和中子（统称核子）组成的复杂量子系统。核子之间通过强核力相互束缚。在非常短的距离内，核子可以短暂形成高动量配对，即短程关联对。这些配对塑造核物质的高动量结构。研究短程关联对如何形成，相当于从极短距离窗口观察强相互作用的性质。

方法与结果：作者利用高能电子散射实验，研究对象是钙-40、钙-48和铁-54原子核。选择这三种核是因为它们的核壳层结构不同。实验通过测量电子散射后敲出的质子等信号，考察短程关联对的形成。结果显示，短程关联配对不仅取决于原子核质量或中子-质子失衡，更强烈依赖质子和中子所占据的特定量子轨道。这种轨道依赖远强于理论模型预测。作者认为，现有理论需要引入新的角动量量子选择规则，才能正确描述短程核子配对。该发现也揭示长程核壳层结构与短程强相互作用存在深层联系。

图表信息：图1是钙和铁原子核壳模型轨道结构示意图。图2展示每核（e,e'p）反应截面比，分别比较钙-48对钙-40、铁-54对钙-48，并对缺失动量作图。图3展示上述截面比的每核积分结果。

数据可用性：实验原始数据保存在杰斐逊实验室大规模存储筒仓，属于Hall C实验数据集。数据可通过联系通讯作者或杰斐逊实验室计算中心获取。论文提供源数据。

扩展数据概要：扩展图1说明Hall C谱仪布局，其中SHMS探测散射电子，HMS探测被撞出的质子。扩展图2展示弹性H(e,e')归一化产额随不变质量的变化，并用红方块表示数据、蓝圆点表示基于世界数据参数化的模拟。扩展图3展示钙-40、钙-48和铁-54归一化产额随Q^2变化，排除Q^2小于1.8 GeV^2/c^2左侧数据。扩展图4展示归一化产额随x_bj变化，排除x_bj小于1.2左侧数据。扩展图5展示归一化产额随缺失动量p_miss变化，排除小于0.375或大于0.7 GeV/c范围外数据。扩展图6展示归一化产额随反冲角theta_rq变化，排除theta_rq大于40度右侧数据。扩展图7和图8分别展示归一化产额随电子最终动量和质子最终动量变化。

文献、致谢与作者贡献概要：参考文献围绕核子短程关联、张量关联、核壳层结构、高能电子散射、动量分布、量子蒙特卡洛方法、色透明以及致密核物质等主题。代表性文献包括Hen等2017年综述《短程关联核子对、短寿命激发及其中的夸克》、Piasetzky与Weinstein 2023年《核物理手册》相关章节、Schmidt等2020年《自然》论文《探测强核力核心》、Duer等2018年《自然》论文《富中子核中高动量质子和中子的探测》等。作者感谢资助机构和杰斐逊实验室加速器与物理部门工作人员支持实验完成。资助包括美国国家科学基金会MPS-Ascend博士后研究奖学金、美国能源部多项项目、杰斐逊实验室Nathan Isgur奖学金、美以双边科学基金会、以色列科学基金会和PAZY基金会等。Hall C由杰斐逊实验室和Hall C用户社区设计建造；数据分析主要由D. Nguyen和C. Yero主导；H. Szumila-Vance、F. Hauenstein和N. Swan参与刻度、系统误差分析与模型比较；G. A. Miller提供理论输入；J. Kahlbow提供模型比较；L. B. Weinstein、A. Schmidt、E. Piasetzky和O. Hen指导并监督分析；其他作者协助设备准备和数据获取。通讯作者为L. B. Weinstein。作者声明无利益冲突。期刊审稿人包括Willelm Dickhoff及其他匿名审稿人。

文章标题与发表信息：文章标题为《核壳层结构支配短程核子配对》，作者包括D. Nguyen、C. Yero、H. Szumila-Vance等，发表于Nature（2026）。DOI为10.1038/s41586-026-10616-2。文章于2026年1月13日收到，2026年5月1日接受，2026年6月3日发表。