科學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合，物理學家首次探測到氧-28——一種氧同位素，其原子核中有12個額外的中子。科學家早就預測這種同位素異常穩定。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。如果這些結果可以復制，物理學家可能需要更新原子核結構的理論。

宇宙中最強的力是把原子核中的質子和中子結合在一起的力。日本東京工業大學物理學家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原子核中，如氧原子核，看看會發生什么。

目前的理論認為，具有一定數量質子和中子的原子核本質上是穩定的。這是因為質子和中子填滿了原子核的“殼層”。當一個殼層被剛好合適數量的質子或中子填滿時，要增加或減少粒子就變得非常困難。這些是“神奇”的數字，被認為包括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子數，它就是“雙幻核”，也因此更加穩定。

(資料圖片僅供參考)

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

觀察²⁸O需要幾個實驗技巧。整個操作的關鍵是由位于日本的放射性束流工廠產生的強烈放射性同位素流。科學家向鈹靶發射了一束鈣-48同位素，產生了氟-29同位素。這個同位素的原子核比²⁸O多一個質子，但中子數相同。接下來，科學家們將²⁹F撞向一層厚厚的液態氫屏障，將一個質子從原子核中撞出，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，這是科學家第一次同時檢測到4個中子。“它們就像幽靈。”他這樣評價中子。

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子時被發現。Nakamura說，論文主要作者、東京工業大學物理學家Yosuke Kondo，使用模擬幫助驗證這些棘手的測量結果。

“他們真的做足了功課。”美國北卡羅來納大學教堂山分校物理學家Robert Janssens表示，“他們做了所有能做的檢查。這是一項杰作。”

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，它幾乎一出現就分解了。

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

關鍵詞：