日本理化学研究所（RIKEN）仁科加速器科学研究中心（Nishina Center for Accelerator-Based Science）的理论研究团队，揭示了重原子核的一个基本结构特征，该发现对核物理界沿用七十余年的经典模型构成了根本性挑战。研究结果显示，许多重原子核并非如传统认知中那样沿单一轴线拉伸呈“橄榄球”状，而是实际展现出具有椭圆横截面的“三轴”或“杏仁”状结构。
图注: 原子图通常把原子核描绘为由中子和质子组成的圆形块状物
这一突破性见解直接动摇了丹麦物理学家奥格·玻尔（Aage Bohr）和本·莫特尔森（Ben Mottelson）于上世纪五十年代建立的核结构传统模型。玻尔及其合作者詹姆斯·雷恩沃特（James Rainwater）因发展基于集体运动与粒子运动关联的原子核结构理论，共同获得了1975年诺贝尔物理学奖。 此次理论革新的引领者是RIKEN的客座科学家大塚贵（Takaharu Otsuka），他长期对重原子核必须呈“橄榄球”这一横截面为圆形的双轴对称形状持有疑虑，并推测具有椭圆横截面的“杏仁”状结构可能更为自然。
最初，这一假设在核物理学界遭遇了较大阻力，因为它偏离了根深蒂固的理论框架。然而，大塚贵及其合作者利用被誉为全球最强大的超级计算机之一的“富岳”（Fugaku）进行了极其复杂的理论计算。这些尖端计算工作最终证实，几乎所有椭球形形变的重原子核都表现出这种三轴对称的形态，标志着对核结构理解的范式转变。 “富岳”超级计算机位于日本神户理化学研究所计算科学研究中心（R-CCS），其开发始于2014年，旨在接替“京”计算机，并于2020年首次亮相。
研究团队正是凭借“富岳”提供的强大计算资源，得以模拟和验证这些复杂的量子多体系统，这对于探索传统模型难以解释的现象至关重要。研究结果表明，三轴不对称性使得原子核能够绕着两个轴而非仅一个轴进行旋转，这极大地深化了对核旋转动力学的认知。该研究成果已发表于权威期刊《物理评论C》（Physical Review C），预示着未来对奇异原子核性质以及支配原子结构的基本力的探索将进入新阶段。
此外，这种对核形状的重新描述，也可能对超重元素的搜寻工作产生实质性影响，并对其他受自旋相关力影响的多体系统提出新的挑战。玻尔和莫特尔森在1975年共同出版的经典著作《核结构》（Nuclear Structure）中详细阐述了核形变理论，该理论长期以来一直是该领域的标准参考。此次新发现的“杏仁”状结构，为解释那些在经典模型中需要引入多重假设才能勉强解释的双激发能级等现象，提供了更为简洁和纯粹的理论基础。