对原子核来说，情况远比传统模式所假想的要复杂得多。一幅新的图景正在显现出来：核中的质子和中子（其集合体作为原子核）是以相当大的基团，或者说集束排列的，而不是旧式的“球壳结构”。

伯明翰，约克和牛津大学的一个物理学家小组研究了核内集束结构。他们利用了达尔斯伯利（Daresbury）的核结构研究设备（NSF）。在英国，科学与工程研究理事会找不到足够的经费维持NSF的运转，该机器与核结构的研究被停止了。

与基本粒子物理学家一样，核物理学家在开展他们的研究时要使用加速器。基本粒子物理学家利用碰撞作为把外来的粒子魔术般地变成原子大厦而存在的手段。另一方面，核物理学家的兴趣在于基本粒子是怎样结合在一起而形成为我们所看到的物质。

NSF串列式发生器可产生出离子束（原子核），并将其加速后射向靶。随后发生的碰撞形成受激核。过剩的能量引起这些受激核的破碎，通过研究这种碰撞后的衰变产物，核物理学家可以计算出受激核的振动和旋转状态。

在19世纪放射性被发现时核物理学家就已经研究了原子核的裂变。在放射性衰变的一种形式中，不稳定的核放出α粒子（氦核）。这种两个质子和两个中子相结合的粒子的存在，暗示着核具有某种内在结构。不久以后，理论家发展出一些α粒子集束为基础的模型。现在看来这些只是核内一系列发现的开始。

约克大学和牛津大学的研究人员通过研究“α集束”开始了他们在核结构方面的工作，他们寻找与α粒子相似的四个核子的基团的痕迹，并找到了若干例证。如一个氧原子核O¹⁶看去像一个α粒子与一个碳原子核C¹²的结合；氟，F¹⁸像是α粒子与一个氮原子核N¹⁴结合在一起；氖类似一个α粒子加上一个氧原核，O¹⁶（上标代表核中核子数，下标可以代表其中子数）。

现在可以看出、这种集束现象也许是紧密联系着核物理学中长期存在的一个问题——在两个碳原子碰撞中观察到独特现象，一些年来在许多实验室里都进行过的这项实验显示出新的核状态的存在，在某些碰撞中，结合在一起的一对碳原子核产生了一种事实上两个核在轨道中彼此旋转的寿命很短的中间产物复合体。核物理学家将这种复合体解释为一种“核分子”，因为它类似结合成分子形式的原子。

核分子的寿命约为10^-20秒，这可以说是短命的，但要是与一个核子到达另一个核所需要的约10^-23秒的时间相比，它算是长久的。核分子相当长的寿命暗示它是按某种原理构成的核，它在少于10^-22秒的时间内彼此接近并获取两个碳原子核，那种飞快的穿行无法产生出具有一定能量和运动方向并可在实验室探测出来的粒子。

对核分子分裂后的某些碎片测试提醒我们中的12个核子是核结构的基本单元，验证这种思想的方法是把较大的原子核加速，然后看看它们在碰撞中分裂时会发生什么现象。

来自伯明翰和牛津的小组使镁原子（Mg²⁴）受碰撞，如果12核粒子果真是基本单元，镁原子核将展示出那种主要由两个C¹²核联合组成的核分子的行为。在NSF上进行的实验表明事情确实如此，在碰撞中，镁原子核经历了“对称裂变”产生了两个C¹²核。受激镁核的转换就像两个核合并而形成的核分子。对碰撞产物的详细分析还揭示了Mg²⁴核不同的受激态。一种理论认为这些受激态是核分子不同的旋转和振动状态组合的结果。该小组报告说关于那种分子态的能谱的第一个确定的证据去年5月在美国的一个国际性的实验室取得。

关于这种核结构的进一步的证据来自一组不同的实验：伯明翰大学的R. B. 富尔顿及其同事反过来用小的原子核撞击靶，借助固态硅探测器探测产生的碎片，而皮特 · 吐温小组在利物浦大学激活了较大的原子核。

受激并变形的小型原子核通过分裂成更小的碎片失去它们的能量。较大的核通过恢复其原来的形状和以γ射线的形式放射出能而失去能量，正如不稳定的核衰变时的放射性产生α粒子一样，另一种不同的放射性衰变形式也能产生γ射线。

如果一个具有150个或者更多的核子的较大的原子核受激的话，激发的能量主要作为旋转的能量贮存着。核的自旋加快时核产生变形。当它们转速减慢并“减少受激”时，核失去能量并恢复到其未受激前的形状，在此过程中放射出γ射线。γ射线可在特定的波长范围产生光谱。

当一个核沿着“受激阶梯”下降时可以发射出多达40个γ射线光子，很像电子从一个能级落到次一个能级时受激原子发射出的可见光光子。那种γ射线谱使物理学家得以计算出受激核的自旋，并从而推论出它的形状。通过观测受激核发出的γ射线，吐温成了发现这种“超变形”核的第一个人。

核量子力学促成了特别的形状。当一个核被激发时它将首先采用一种其长度两倍于高的橄榄球形状。这恰是吐温及其同事在超变形核中所看到的。

富尔顿与同事也使用NSF来探索核的形状。他们也发现了长与高之比为2对1的超变形核。

与γ射线的核研究人员一样，富尔顿目前正在寻找延伸得“过分变形”的，具有6个α粒子成行排列的Mg²⁴激核。这种核将是高度不稳定的：轻微的自旋就会使其撕裂和分离。在它死亡的阵痛之中，这个核香肠将产生不会弄错的片断。对于一套像NSF那样的设施来说，这是一个赢得大赌注，为核行为信息的积累提供更多证据的阶段。

[New Scientist，1991年4月6日]