在原子核中添加或移除中子会导致原子核大小发生变化。这又会导致原子电子能级发生微小变化，这被称为同位素位移。科学家可以利用这些能量位移的精确测量来测量同位素原子核的半径。

镜像核有助于连接核理论和中子星

在最近的一项研究中，研究人员利用激光辅助测量了稳定硅同位素硅-28、硅-29 和硅-30 的核半径。他们还测量了不稳定的硅-32 原子核的半径，该原子核有 14 个质子和 18 个中子。研究人员利用硅-32 原子核与其镜像原子核氩-32(有 18 个质子和 14 个中子)半径之间的差异，对有助于描述中子星等天体物理对象的物理性质的变量设定了限制。这些结果是发展核理论(研究原子核及其成分)的重要一步。

该论文发表在《物理评论快报》杂志上。

尽管核理论取得了进展，但科学家在理解原子核方面仍然面临长期挑战。例如，研究人员尚未将原子核大小的描述与强核力的基本理论联系起来。此外，描述有限原子核的核理论是否能提供对核物质的可靠描述尚不清楚。这种特殊形式的物质由相互作用的质子和中子组成。核物质包括中子星等极端条件下的物质。精确测量电荷半径(原子核的半径)有助于解决这些悬而未决的问题。

研究人员利用位于密歇根州立大学稀有同位素束 (FRIB) 设施的光束冷却器和激光光谱设备 (BECOLA)，通过激光光谱测量原子同位素位移来测量不同硅同位素的核半径。

研究结果为核理论的发展提供了重要的基准。利用硅-32核与其镜像核氩-32之间的电荷半径差异来约束描述中子星内致密中子物质性质所需的参数。所得结果与引力波观测和其他互补观测的约束一致。