铟同位素的核矩揭示了神奇数字 82 的突然变化
尽管原子核具有高密度和强相关性，但实验和理论证据表明，在特定数量的“神奇”核子周围，核特性由单个不成对的核子控制.在核物理学中，对这种行为的范围及其在富含中子的原子核中的演化的微观理解仍然是一个悬而未决的问题.铟同位素被认为是这种现象的教科书式例子，其中它们的电磁特性的恒定性表明，单个不成对的质子空穴可以提供复杂多核子系统的身份.
在这里，我们介绍了为研究这种简单的单粒子图片的有效性而进行的精密激光光谱测量。在 N = 82 时观察到偶极矩的突然变化表明，虽然单粒子图片确实在中子魔数 N = 82 时占主导地位，则不适用于先前研究的同位素。
为了研究这些观察结果的微观起源，我们的工作提供了两种互补的核多体方法的发展：从头计算价空间介质相似性重整化组和密度泛函理论 （DFT）。我们发现，包含打破时间对称的平均场对于正确描述核磁特性至关重要，而这些特性以前受到的约束很差。这些实验和理论发现是理解看似简单的单粒子现象如何从质子和中子之间的复杂相互作用中自然出现的关键。
引言：
原子核是由强相互作用的核子（质子 Z 和中子 N）形成的，它们紧密地堆积在一个比原子小约一万亿倍的体积中。因此，描述原子核并预测它们在极端质量和电荷值下的性质是核科学长期存在的主要挑战。与原子中的电子类似，原子核中的核子（质子和中子）占据量子“壳层”。因此，具有单个价粒子或核封闭壳周围空穴的原子核为我们理解原子核提供了重要基础。它们更简单的结构大大降低了量子多体问题的复杂性，为核理论的发展提供了关键指导。
我们对强相互作用的理解和多体方法的发展的最新进展，加上计算机能力的升级，使对日益复杂的原子核的理论描述成为可能。质子封闭壳层 Z = 50 周围的同位素现在是 ab initio 计算的前沿9,10.这些原子核的性质可以通过互补的多体方法（如构型交互方法）来描述4和核 DFT11.这导致人们在过去十年中更加关注研究核图的这一区域（大约 Z = 50、N = 50、82）.
在这里，我们介绍了使用精密激光光谱法测量铟同位素的两个基本特性：（光谱）磁偶极矩 μ 和电四极矩 Q。对富含中子的 In （Z = 49） 同位素进行了测量，最高可达131In，它具有 N = 82 个中子的幻数（详见方法）。具有单质子空穴配置，相对于成熟的2,8,14质子闭壳层 Z = 50，奇数质量铟同位素的低能结构预计将由质子轨道上的单孔构型 π1g 控制9/2.
正如我们在这里展示的，奇质量铟同位素的核磁偶极矩是由不成对的价质子空穴诱导的原子核的总自旋分布决定的。这在图 1 的右下角示意性地说明了1. 核电四极矩提供了核电荷分布的互补测量，并且对所有核子的集体运动高度敏感15.因此，这些可观测对象一起探索了核子分布的不同方面，并在大范围的中子数范围内测量它们，可以对单粒子和集体核现象之间相互作用的演变有独特的见解。
