物理學(xué)家發(fā)現(xiàn)重稀土元素的全新同位素

在一項(xiàng)涉及重元素碎片化的里程碑式實(shí)驗(yàn)中，出現(xiàn)了前所未見的構(gòu)成原子核的粒子比例。

通過分解鉑的原子核，密歇根州立大學(xué)的奧列格·塔拉索夫（Oleg Tarasov）領(lǐng)導(dǎo)的物理學(xué)家發(fā)現(xiàn)了稀土元素銩、鐿和镥的新同位素。科學(xué)家們認(rèn)為，這一成就將幫助他們了解富中子原子核的性質(zhì)以及在中子星碰撞中形成新元素的過程。

研究人員說，這項(xiàng)工作還展示了密歇根州立大學(xué)最近完成的稀有同位素束設(shè)施（FRIB）的力量，該設(shè)施于2022年6月進(jìn)行了首次實(shí)驗(yàn)。

并非所有形式的元素都是一樣的。每個(gè)原子核都由許多稱為核子的亞原子粒子組成——質(zhì)子和中子。質(zhì)子數(shù)在元素的所有形式中是一致的，并賦予該元素原子序數(shù)。

然而，中子的數(shù)量可能會(huì)有所不同。這些變化決定了元素的同位素。

所有元素都有許多同位素，這些同位素的形成具有不同程度的穩(wěn)定性。有些衰變得非?？?，在一陣電離輻射中分解成較輕的元素。有些人只是在完美的穩(wěn)定性下閑逛。了解不同的同位素以及它們的行為方式，有助于科學(xué)家弄清楚宇宙是如何制造元素的，并估計(jì)這些元素在空間和時(shí)間上的豐度。

為了鍛造他們的新同位素，塔拉索夫和他的同事們開始使用一種具有120個(gè)中子的鉑同位素，稱為¹⁹⁸Pt. 標(biāo)準(zhǔn)鉑金具有117個(gè)中子;使用較重的同位素可以改變?cè)雍怂槠姆绞健?/p>

他們將這些原子放置在FRIB中，F(xiàn)RIB使用重離子加速器來破壞原子核。稀有同位素的光束以大于光速一半的速度向目標(biāo)發(fā)射。當(dāng)它們擊中目標(biāo)時(shí)，這些同位素會(huì)碎裂成較輕的原子核同位素;然后，物理學(xué)家可以檢測(cè)和研究這些同位素。

在碎片化的¹⁹⁸Pt，塔拉索夫的團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)¹⁸²Tm 和¹⁸³Tm，分別有 113 個(gè)和 114 個(gè)中子;標(biāo)準(zhǔn)銩有69個(gè)中子.他們還發(fā)現(xiàn)¹⁸⁶Yb 和¹⁸⁷Yb，分別有 116 個(gè)和 117 個(gè)中子;標(biāo)準(zhǔn)鐿有103個(gè)中子.最后，他們找到了¹⁹⁰Lu，有119個(gè)中子;標(biāo)準(zhǔn)镥具有104個(gè)中子.

這些同位素中的每一種都在加速器的多次運(yùn)行中被看到。研究人員說，這意味著FRIB可用于研究迄今為止一直被忽視的重元素的富含中子的同位素的合成 - 不是因?yàn)槿狈εd趣，而是創(chuàng)造和檢測(cè)它們的能力。

反過來，這可以幫助我們理解劇烈的宇宙事件如何鍛造宇宙中最重的元素。宇宙中任何比鐵重的東西只能在極端條件下產(chǎn)生，例如在超新星中看到的極端條件，以及中子星之間的碰撞.

一種核合成過程見于中子星碰撞是快速的中子捕獲過程，或R-流程.這種情況發(fā)生在以下情況下原子核迅速膨脹在千新星爆炸期間釋放的自由漂浮中子，開始轉(zhuǎn)化為更重的元素。這就是我們獲得黃金、鍶、鉑和其他重金屬的方式。

他們說，該團(tuán)隊(duì)的實(shí)驗(yàn)非常接近于重現(xiàn)r過程。這意味著我們可能很快就會(huì)有一種工具，可以復(fù)制在宇宙中一些最劇烈的事件中看到的核合成途徑之一。

研究人員說：“FRIB的獨(dú)特能力，包括能量超過國(guó)家超導(dǎo)回旋加速器實(shí)驗(yàn)室提供的非常強(qiáng)的初級(jí)光束，使其成為探索中子數(shù)N = 126及以上區(qū)域的理想設(shè)施寫.

“FRIB的研究人員可以利用這些反應(yīng)來產(chǎn)生、識(shí)別和研究新同位素的性質(zhì)，為核物理學(xué)、天體物理學(xué)的進(jìn)步以及我們對(duì)物質(zhì)基本特性的理解做出貢獻(xiàn)。

該研究已發(fā)表在物理評(píng)論快報(bào).

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