密歇根州立大学和日本RIKEN Nishina中心的研究人员发现了八种新的稀有同位素,包括磷,硫,氯,氩,钾,钪,最重要的是钙。

这些是迄今发现的这些元素中最重的同位素。

同位素是自然界中发现的不同形式的元素。每个元素的同位素包含相同数量的质子,但是含有不同数量的中子。添加到元素中的中子越多,它就越“重”。元素中最重的同位素代表了核可以容纳多少中子的极限。而且,相同元素的同位素具有不同的物理性质。“稳定的”同位素永远存在,而一些重同位素可能只存活几秒钟。在崩解之前,一些甚至更重的那些可能几乎不存在。

最近在RIKEN放射性同位素束工厂(RIBF)进行的实验中合成的最有趣的短寿命同位素是钙-59和钙-60,它们现在是科学上已知的最含中子的钙同位素。钙-60的核具有20个质子和两倍的中子。比最重的稳定钙同位素钙-48多12个中子。这种稳定的同位素在生活数百万年后,即宇宙年龄的40万亿倍时会崩解。相比之下,钙-60的寿命为千分之几秒。

密歇根州立大学国家超导回旋加速器实验室(NSCL)的物理学家Oleg Tarasov是该实验的发言人。

塔拉索夫解释说,证明一种元素的某种同位素的存在可以促进科学家对核力的理解。这是核科学的长期探索。

塔拉索夫说:“在原子的核心,质子和中子被核力结合在一起,形成原子核。” “科学家们继续研究质子和中子在自然界中可以存在的组合,即使它只是在短暂的瞬间。”

MSU和NSCL首席科学家物理学教授亚历山德拉·盖德(Alexandra Gade)对新发现与核模型的比较感兴趣。在某种程度上,这些模型以不同的分辨率绘制了核的图像。

“其中一些以最高分辨率尺度描述原子核的模型预测,20个质子和40个中子不会结合在一起形成Ca-60,”Gade说。“钙-60的发现将促使理论家们发现他们模型中缺少的成分。”

硫和氯的其他两种新同位素,S-49和Cl-52,预计不会被许多模型存在,这些模型描绘了较低分辨率的原子核图像。他们的成分现在也可以改进。

创建和识别稀有同位素是一个令人生畏的大海捞针问题的核物理版本。为了合成这些新同位素,研究人员在一块铍上加速了强烈的重锌粒子束。在所产生的碰撞碎片中,以极小的机会形成稀有的同位素,例如钙-60。能够发现钙-59和钙-60的强烈锌束由RIBF提供,RIBF目前是该领域世界上最强大的加速器设施的所在地。同位素钙-57和58于2009年在NSCL被发现。

未来,密歇根州立大学的稀有同位素射线设施(FRIB)将使科学家们能够制造钙-68甚至钙-70,这可能是最重的钙同位素。