“对称性和对称破缺是世界统一性和多样性的根源”。在核物理中，同位旋对称性是指导我们建立原子核模型的基本原则之一。由于原子核内核子间的主要相互作用是核力，且核力近似具有同位旋对称性，因此质子数与中子数互换的一对镜像核通常具有相似的基态性质。当这种对称性被打破时，便为人们同时探索丰质子和丰中子区域的核结构，以及这两个区域之间核力的微妙差异提供了一个灵敏的探针。

近年来，人们在极少数镜像核的基态中观察到了同位旋对称性破缺现象，表现为一对镜像核具有不同的基态自旋，称为基态镜像对称性破缺(ground-state mirror symmetry violation, GMSV)。这种现象非常罕见，因此发现和研究新的GMSV案例，尤其是在滴线附近的极端同位旋非对称区域，可以为理解开放量子系统的性质提供独特视角。

近期，北京大学物理学院技术物理系、核物理与核技术全国重点实验室的李智焕和华辉课题组与合作者对质子滴线外非束缚核¹⁷Na开展了研究，首次确定了¹⁷Na的基态位置及其自旋宇称，发现了一对新的GMSV(见图1)，并揭示了一种全新的GMSV机制。

图1: ¹⁷Na/¹⁷C镜像核中的基态镜像对称性破缺示意图

研究人员利用美国国家超导回旋加速器实验室提供的²⁰Mg放射性次级束，通过其在⁹Be靶上的弹核破裂反应，产生了三质子非束缚核¹⁷Na。对其衰变出射的四个末态粒子(¹⁴O + 3p)进行了完全符合测量，利用不变质量法构建了母核¹⁷Na的不变质量谱(见图2)。通过区分和选择¹⁷Na共振态的不同衰变路径，首次确定了¹⁷Na的基态位置。基于对¹⁷Na基态出射质子角分布的分析，确定了¹⁷Na基态的自旋宇称为5/2⁺。由于¹⁷Na镜像核¹⁷C的基态自旋为3/2⁺，因此¹⁷Na/¹⁷C形成了一例新的GMSV(见图3)。

图2: 实验中重建的¹⁷Na不变质量谱

此前发现的四例GMSV均由单一的Thomas-Ehrman效应或形变差异引起。在¹⁷Na/¹⁷C中，除Thomas-Ehrman效应外，价核子间的多体关联也起到了重要作用，反映了连续谱耦合与多体关联间的相互作用，展现出一种全新的破缺机制。来自伽莫夫壳模型(Gamow shell model, GSM)的计算结果有力地支持了这一结论。

图3: ¹⁷Na/¹⁷C镜像核低能态与GSM计算得到的价核子占据数。

该工作表明，在质子滴线附近的极端同位旋非对称区域，核力的细微差异可以显著改变镜像核的基态和低激发能结构，从而导致基态镜像对称性破缺。这不仅加深了人们对丰质子核结构的认识，揭示了GMSV机制的多样性，也有助于研究极端同位旋非对称区域中的奇特核结构(例如多核子晕结构和集团结构等)。

相关研究成果以“¹⁷Na基态确定及其与¹⁷C的镜像对称性破缺”(Identification of ¹⁷Na Ground-state and Mirror Symmetry Violation with ¹⁷C)为题，于2026年9月2日在线发表在《物理评论快报》(Physical Review Letters)上。北京大学物理学院2026届博士研究生倪磊和复旦大学博士后许志成为论文共同第一作者，李智焕、华辉和复旦大学的王思敏以及密歇根州立大学的Kyle Brown为共同通讯作者。其他合作单位包括中国科学院近代物理研究所、中山大学、圣路易斯华盛顿大学等。上述研究工作得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金等项目的支持。

论文链接：https://doi.org/10.1103/3mqd-58tp