原子擁有中子的能力超乎想象(圖)

圖片說明：原子碰撞能夠產(chǎn)生超重的元素,。
（圖片來源：M. KULYK/SPL）
 
 
   原子的“超載”能力比人們想象的要大得多,，這是美國一個(gè)科學(xué)小組最新的研究發(fā)現(xiàn)。利用粒子加速器,，他們創(chuàng)造出了超重鋁,、鎂同位素,，其中的中子數(shù)目大大超過質(zhì)子數(shù)。這一成果有助科學(xué)家找到質(zhì)子和中子結(jié)合成原子核的新理論,，并加深他們對恒星元素形成以及衰變的理解,。相關(guān)論文發(fā)表在10月25日的《自然》雜志上。

    原子核是由質(zhì)子和中子間的強(qiáng)力作用結(jié)合而成的,，質(zhì)子數(shù)目決定了不同的元素,。質(zhì)子數(shù)相同而中子數(shù)不同的元素互為同位素。兩個(gè)質(zhì)子之間和兩個(gè)中子之間結(jié)合力的強(qiáng)度較弱（質(zhì)子由于電性相互排斥）,，原子核能夠穩(wěn)定存在主要是由于質(zhì)子—中子對之間的作用,。因此，有理論認(rèn)為,，原子穩(wěn)定存在的一個(gè)條件是原子核中的質(zhì)子和中子數(shù)不能相差太多,。如果這種平衡被打破，原子就會發(fā)生放射性衰變或者核分裂,。
 
    正因如此,，核物理學(xué)家長期以來熱衷于尋找這種穩(wěn)定性的界限，稱為“中子滴線”（neutron drip line）,?？茖W(xué)家已經(jīng)測定了氧元素的中子滴線，但對于一些更重的元素,，它們含中子較多的同位素存在時(shí)間極短,，因此要準(zhǔn)確測定中子滴線十分困難。
 
    然而,，最新的研究帶來了全新的認(rèn)識,。美國密歇根州立大學(xué)國立超導(dǎo)回旋加速器實(shí)驗(yàn)室（NSCL）的Thomas Baumann和同事不僅創(chuàng)造出了擁有更多中子的超重鋁、鎂同位素,，而且發(fā)現(xiàn)這些同位素能夠比較穩(wěn)定地存在一定時(shí)間,。
 
   研究人員將一束加速過的高能鈣離子射向鎢層，這會產(chǎn)生新的元素,?？茖W(xué)家在這些新元素中發(fā)現(xiàn)了含中子極多的鋁和鎂元素，它們在數(shù)毫秒后才會衰變,。進(jìn)一步研究表明,，該鎂-40同位素中含有28個(gè)中子，這是正常情況（12個(gè)）的兩倍還多,，而且多于科學(xué)家之前發(fā)現(xiàn)的含有26個(gè)中子的最重鎂同位素,。
 
   更令科學(xué)家感到驚訝的是，他們還發(fā)現(xiàn)了擁有29個(gè)中子和30個(gè)中子的超重鋁同位素。根據(jù)現(xiàn)行認(rèn)識,，中子個(gè)數(shù)是偶數(shù)的原子更加穩(wěn)定,，因此擁有29個(gè)中子的鋁-42同位素理論上是無法穩(wěn)定存在的。根據(jù)此次的發(fā)現(xiàn),，研究人員預(yù)測,，鋁的中子滴線可能一直擴(kuò)展到34個(gè)，雖然這種同位素到目前為止還沒被發(fā)現(xiàn),。
 
   參與該項(xiàng)研究的Bradley Sherrill說,，“此次的研究是對核子理論‘基準(zhǔn)’的測量，它檢驗(yàn)了我們的認(rèn)識程度,。”此外,，新的研究結(jié)果還有望加深科學(xué)家對中子星的理解。Sherrill表示,，對富含中子的原子核而言,，質(zhì)子往往會集中在中央，原子核的表面幾乎完全被中子覆蓋——而這恰好是中子星表面的樣子,。