科學(xué)家檢測到罕見氧同位素

通過將一套強大的儀器與一些實驗技巧相結(jié)合，物理學(xué)家首次探測到氧-28——一種氧同位素，其原子核中有12個額外的中子?？茖W(xué)家早就預(yù)測這種同位素異常穩(wěn)定。但對²⁸O核的初步觀察表明，情況并非如此。一個研究小組8月30日在《自然》上報道稱，²⁸O核在形成后迅速分解。如果這些結(jié)果可以復(fù)制，物理學(xué)家可能需要更新原子核結(jié)構(gòu)的理論。

宇宙中最強的力是把原子核中的質(zhì)子和中子結(jié)合在一起的力。日本東京工業(yè)大學(xué)物理學(xué)家Takashi Nakamura說，為了解開元素是如何形成的、中子星的物理特性以及其他更多的問題，科學(xué)家需要更好地理解這種強大的核力。一種流行的方法是將過量的中子加載到輕質(zhì)原子核中，如氧原子核，看看會發(fā)生什么。

目前的理論認(rèn)為，具有一定數(shù)量質(zhì)子和中子的原子核本質(zhì)上是穩(wěn)定的。這是因為質(zhì)子和中子填滿了原子核的“殼層”。當(dāng)一個殼層被剛好合適數(shù)量的質(zhì)子或中子填滿時，要增加或減少粒子就變得非常困難。這些是“神奇”的數(shù)字，被認(rèn)為包括2、8、20、28、50、82和126個粒子。如果一個原子核同時擁有神奇的中子和質(zhì)子數(shù)，它就是“雙幻核”，也因此更加穩(wěn)定。

(資料圖片僅供參考)

氧的最豐富的形式是¹⁶O，它有8個質(zhì)子和8個中子。²⁸O有8個質(zhì)子和20個中子，長期以來一直被預(yù)測是“雙幻核”,但物理學(xué)家此前一直沒能探測到它。

觀察²⁸O需要幾個實驗技巧。整個操作的關(guān)鍵是由位于日本的放射性束流工廠產(chǎn)生的強烈放射性同位素流。科學(xué)家向鈹靶發(fā)射了一束鈣-48同位素，產(chǎn)生了氟-29同位素。這個同位素的原子核比²⁸O多一個質(zhì)子，但中子數(shù)相同。接下來，科學(xué)家們將²⁹F撞向一層厚厚的液態(tài)氫屏障，將一個質(zhì)子從原子核中撞出，生成²⁸O。

這種罕見的氧存在時間太短，無法直接觀察到。取而代之，研究小組探測了它的衰變產(chǎn)物：氧-24和4個中子，這在幾年前似乎是不可能的。

Nakamura說，這是科學(xué)家第一次同時檢測到4個中子?！八鼈兙拖裼撵`?！彼@樣評價中子。

為觀察單個中子，研究小組使用了一個德國亥姆霍茲重離子研究中心借來的強大的探測器。在這個特殊的探測器中，入射的中子在撞擊質(zhì)子時被發(fā)現(xiàn)。Nakamura說，論文主要作者、東京工業(yè)大學(xué)物理學(xué)家Yosuke Kondo，使用模擬幫助驗證這些棘手的測量結(jié)果。

“他們真的做足了功課?！泵绹笨_來納大學(xué)教堂山分校物理學(xué)家Robert Janssens表示，“他們做了所有能做的檢查。這是一項杰作?！?/p>

雖然該團隊無法精確測量²⁸O的壽命，但Nakamura說，這種同位素的行為并不像雙幻核一樣，它幾乎一出現(xiàn)就分解了。

相關(guān)論文信息： https://doi.org/10.1038/s41586-023-06352-6

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