给原子核称体重有多难？首先，要拥有一个原子核。在实验里，在重离子加速器的帮助下，花费1个星期，几万亿个稳定原子核冲向反应靶，才能产生几十个目标原子核。其次，原子核质量很轻。单个原子核的大小在1费米量级，质量大约为10-25千克。再次，对于寿命很短的原子核，测量必须足够快。质量未知的原子核寿命通常在1秒以下，需在发生衰变之前完成所有的测量。
给原子核称体重有多重要？精确测量短寿命原子核的质量，是探究物质微观结构和宇宙中化学元素起源的基础。在中国科学院近代物理研究所（以下简称近代物理所），就有这样一群给原子核称体重的人。该所原子核质量测量团队基于国际首创的“超级天平”，成功测量了12个高精度短寿命原子核的质量，在发现原子核的结构和性质、探索元素起源等方面取得了令人瞩目的成绩。近日，相关研究成果分别发表于《自然-物理》和《物理评论快报》。
团队首席科学家张玉虎今年61岁，是团队里的“老大哥”，也是近代物理所最早的一批核物理研究生。近40年来，他一直与原子核打交道，近10年的工作则是围绕兰州重离子加速器进行原子核质量测量。2007年，近代物理所新增兰州重离子加速器冷却储存环，专门用于短寿命原子核的质量测量实验。2010年，张玉虎受命组建原子核质量测量团队。
团队的问题解决了，另一个难题是实验机会。兰州重离子加速器是开放的大科学装置，每年申请前来做实验的科研人员较多，机时竞争激烈。每次实验需要100至200小时，所以有时团队一年只有一次宝贵的机会，成员们都倍加珍惜。有了实验机会，还有一个难题是用什么样的称重工具。
“超级天平”的成功运行，离不开团队每个成员的付出，尤其是团队现任负责人——近代物理所储存环核物理室主任、研究员王猛。王猛的办公室里有一张核素图，远远看去，高低起伏，像喜马拉雅山脉。团队所测量的原子核的寿命大概为100毫秒，可以说一眨眼的工夫，原子核就衰变了。这些原子核不仅寿命短，产额还非常低，所以做好“超级天平”至关重要。
目前，世界上有3台同类型的“天平”——重离子储存环，用于给短寿命原子核称体重，所用的都是传统的等时性质谱术。为此，团队独立发展了新一代的储存环质谱术。他们在储存环上新增了两个飞行时间探测器，原子核在这两个探测器上都产生信号，由此可以精确获得每个离子的磁刚度和轨道长度信息，进而实现高精度测量。
有了“超级天平”，敲定了实验方案，接下来就是解决具体实验过程中的问题。比如，如何排除系统误差，提高测量精度。“排球的质量大约是280克，空客A380的质量大约是280吨，这两者的质量比是1：100万。如果把储存环中飞行的原子核比喻成空客A380，那么我们的测量精度就意味着要分辨出空客A380上是否多载或少载了一个排球。”近代物理所储存环核物理室副主任、副研究员颜鑫亮告诉《中国科学报》。
不服输的数据分析程序师周旭，一个酷爱打乒乓球的科研人员，是近代物理所乒乓球打得最好的人。因为热爱，每年他都会参加各种类型的乒乓球比赛，但2018年周旭放弃了所有的比赛。2017年，周旭被张玉虎选入新型质谱术研发团队。实验方案敲定后，就进入实验程序开发阶段。但是原有程序“跑”起来较慢，于是周旭决定改变程序中一个模块。
这次近代物理所原子核质量测量团队测量了12个高精度短寿命原子核，其中6个是未知的短寿命原子核，另外6个是重新测量的原子核，得到了更精确的数据。目前，科学家在实验室中产出的原子核有3340多个，质量未知的还有790多个。“这次在核物理领域取得重要成果，源于我们的持续努力和不懈探索，未来我们还将继续探究核物理的前沿科学问题，为推动我国核物理研究作出自己的贡献。”王猛说。