不穩(wěn)定原子核占有核素版圖的絕大部分區(qū)域，近20多年來在實(shí)驗(yàn)室中逐步產(chǎn)生出來，表現(xiàn)出一系列新奇的結(jié)構(gòu)和動力學(xué)性質(zhì)，也帶來新的應(yīng)用前景。其中，豐中子原子核的特別奇異的線性鏈狀分子結(jié)構(gòu)已有多年理論預(yù)言，但實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)十分困難，需用多種證據(jù)相互印證。此前多個實(shí)驗(yàn)組在14C中觀察到鏈狀分子態(tài)的個別證據(jù)（如北大組的前期工作[Phys. Rev. C 95, 021303R(2017) ]）。 此次北大組在更加豐中子的16C中，通過反應(yīng)Q值、能級、自旋、特征衰變綱圖等多個觀測量，完整確認(rèn)了π2σ2構(gòu)型的正宇稱線性鏈狀分子轉(zhuǎn)動帶的四個成員，成為這種結(jié)構(gòu)研究的一項重要跨越。

此項研究的實(shí)驗(yàn)探測在我國的大科學(xué)裝置蘭州重離子加速器(HIRFL)上的RIBLL1放射性束流線上完成。實(shí)驗(yàn)采用每核子23.5 MeV的16C次級束流，通過非彈散射將16C激發(fā)到集團(tuán)破裂閾值之上的高激發(fā)態(tài)。采用精密的零度粒子望遠(yuǎn)鏡和多套大角度的探測器組合，精確測量末態(tài)全部三個粒子。通過全粒子能動量守恒關(guān)系逐事件推知入射粒子能量，避開了放射性次級束流能量擴(kuò)散的缺陷，首次在彈核碎裂型次級束實(shí)驗(yàn)中得到分辨率很高的Q值譜，從而清晰的識別出16C的選擇性衰變路徑。分析過程并采用特殊方法區(qū)分了相鄰硅微條信號的真假來源，大大提高了最終獲得的多重關(guān)聯(lián)真實(shí)事件數(shù)，從而在足夠的統(tǒng)計下通過模型獨(dú)立的角關(guān)聯(lián)分析獲得了分子轉(zhuǎn)動帶頭號成員的自旋。實(shí)驗(yàn)最終確認(rèn)了價中子處于π2σ2構(gòu)型的正宇稱線性鏈狀分子轉(zhuǎn)動帶的四個成員：16.5 MeV(0+)、17.3 MeV(2+)、19.4 MeV(4+) 和21.6 MeV(6+)。圖1概略顯示了觀察到的分子帶成員及其衰變特性。實(shí)驗(yàn)還觀察到一個可能的純σ4構(gòu)型的分子態(tài)（27.2 MeV），為后續(xù)實(shí)驗(yàn)提供了指引。