鈣-48同位素光束轟擊鈹靶，經(jīng)篩選、“剔除”質(zhì)子，最終產(chǎn)生最重的氧同位素——氧-28。

世界上最重的氧同位素——氧-28第一次被找到。人們對(duì)它的研究，有望對(duì)原子核結(jié)構(gòu)現(xiàn)代理論或模型進(jìn)行嚴(yán)格的檢驗(yàn)。

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北京時(shí)間8月30日23時(shí)許，國(guó)際頂級(jí)學(xué)術(shù)期刊《自然》（Nature）發(fā)表論文稱，首次觀測(cè)到極豐中子的氧同位素——氧-27、氧-28。

該論文的通訊作者是日本東京工業(yè)大學(xué)物理系助理教授近藤洋介（Yosuke Kondo）。來(lái)自日本、德國(guó)、法國(guó)、瑞典、荷蘭、韓國(guó)、黎巴嫩等國(guó)家的人員組成了聯(lián)合研究團(tuán)隊(duì)。

“他們利用世界上最強(qiáng)大的回旋加速器，完成了尋找氧-28這一具有挑戰(zhàn)性的壯舉?！奔幽么笫ガ旣惔髮W(xué)物理學(xué)教授、加拿大粒子加速器中心科學(xué)家里圖帕娜·卡農(nóng)戈（Rituparna Kanungo）在其評(píng)論文章中稱。

雖然人們預(yù)測(cè)過(guò)同位素氧-28的存在，但此前沒(méi)有人觀測(cè)到過(guò)這一衰變時(shí)間極短的同位素。人們之前認(rèn)為氧-28原子核中的中子和質(zhì)子具有很強(qiáng)的結(jié)合力。但現(xiàn)在的實(shí)驗(yàn)顯示，它以非束縛狀態(tài)存在。

在前述研究中，氧-27、氧-28是被人為制造出來(lái)的：他們將一束高強(qiáng)度的穩(wěn)定的鈣-48同位素光束激發(fā)到總能量約為160億電子伏特，轟擊一個(gè)旋轉(zhuǎn)的鈹靶。碰撞使鈣-48分裂成更輕的原子核，其中大部分是壽命較短的稀有同位素。碎片飛過(guò)一個(gè)光譜儀，篩選出同位素氟-29。后者只比氧-28多一個(gè)質(zhì)子。氟-29隨后與液氫相撞，被“剔掉”一個(gè)質(zhì)子，從而產(chǎn)生氧-28。

近藤洋介等人測(cè)量了實(shí)驗(yàn)中衰變產(chǎn)物的動(dòng)量矢量，并利用這些結(jié)果推導(dǎo)出了氧-28的能譜，發(fā)現(xiàn)其能譜的峰值相當(dāng)?shù)停s為0.5兆電子伏特。而這一發(fā)現(xiàn)與之前所有的理論預(yù)測(cè)都不符。

根據(jù)實(shí)驗(yàn)中的觀測(cè)和計(jì)算結(jié)果，研究人員推斷，氧-27、氧-25都不可能是氧-28衰變產(chǎn)生的。而氧-28的衰變是按順序進(jìn)行的：先發(fā)射出兩個(gè)中子，形成一個(gè)氧-26核，然后再發(fā)射出兩個(gè)中子，形成束縛的氧-24核。

原子核被認(rèn)為是由質(zhì)子和中子組成的量子多體系統(tǒng)。從1911年物理學(xué)家盧瑟福提出原子有核，110多年來(lái)，人們沒(méi)有停止對(duì)原子核結(jié)構(gòu)的繼續(xù)探究。

因?qū)υ雍撕突玖Ｗ永碚撍龅呢暙I(xiàn)，特別是對(duì)稱性基本原理的發(fā)現(xiàn)和應(yīng)用，1963年，美籍物理學(xué)家尤金·保羅·維格納（左）被授予諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)；因在核殼結(jié)構(gòu)方面的發(fā)現(xiàn)，當(dāng)年，美籍物理學(xué)家瑪麗亞·格佩特·邁耶（中）和德國(guó)海德堡大學(xué)教授約翰內(nèi)斯·漢斯·丹尼爾·延森（右）也被授予了諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。

諾貝爾獎(jiǎng)官網(wǎng)發(fā)布的信息稱，根據(jù)現(xiàn)代物理學(xué)，原子由核子（質(zhì)子和中子）組成的原子核，以及分布在周圍殼內(nèi)的電子組成。1949年，美籍物理學(xué)家瑪麗亞·格佩特·邁耶（Maria Goeppert Mayer）和德國(guó)海德堡大學(xué)教授約翰內(nèi)斯·漢斯·丹尼爾·延森（Johannes Hans Daniel Jensen）開(kāi)發(fā)了一個(gè)理論模型，在該模型中，核子分布在不同能級(jí)的殼層中。1963年，為了獎(jiǎng)勵(lì)瑪麗亞·格佩特·梅耶爾和約翰內(nèi)斯·漢斯·丹尼爾·延森對(duì)原子核殼結(jié)構(gòu)的發(fā)現(xiàn)，他們被授予當(dāng)年的諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)，并各自獲得四分之一的獎(jiǎng)金。

而將一個(gè)物理系統(tǒng)置于極端條件下，是為了更好地理解和深入洞察其組織和結(jié)構(gòu)。就原子核而言，其中一種方法就是研究中子-質(zhì)子比（N/Z）與穩(wěn)定原子核中的中子-質(zhì)子比截然不同的同位素。豐中子同位素，尤其是中子與質(zhì)子比明顯不同于穩(wěn)定核的輕同位素，為原子核結(jié)構(gòu)的現(xiàn)代理論模型提供了嚴(yán)格的檢驗(yàn)。

同位素也是原子。質(zhì)子數(shù)相同但中子數(shù)不同的原子互稱同位素。它們的化學(xué)性質(zhì)幾乎相同，但質(zhì)量不同，因此物理性質(zhì)也不同。不穩(wěn)定的同位素因?yàn)樗プ?、輻射，被稱為放射性同位素。

氧有10多個(gè)已知同位素，其中只有3個(gè)是天然存在的、穩(wěn)定的同位素——氧-16、氧-17、氧-18，其他的都具有放射性。

氧-16的含量最高，占我們呼吸的氧氣中的絕大部分。它的原子核中有8個(gè)質(zhì)子和8個(gè)中子。

而氧-28的原子核中有8個(gè)質(zhì)子和20個(gè)中子。

研究人員認(rèn)為，前述的發(fā)現(xiàn)提供的新見(jiàn)解，將加深我們對(duì)原子核，特別是極端豐中子原子核的結(jié)構(gòu)的理解。此外，前述論文中使用的多中子衰變光譜技術(shù)，使得人們對(duì)多中子相關(guān)性的詳細(xì)研究和對(duì)其他奇異系統(tǒng)的研究現(xiàn)在成為可能。

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