五種未見過的同位素被發（fā）現

使用稀有同位素束設施的先進稀有同（tóng）位素（sù）分離器，研究人員（yuán）發現了（le）五（wǔ）種以前（qián）未見過的銩 (Tm)、鐿 (Yb) 和（hé）鑥 (Lu) 富中子同位素（sù）。這些高度（dù）不穩定的原子核（黃色）在質子數（shù）和中子數方（fāng）麵遠離穩定的原子核（黑色）。

雖然某些元素種類（同（tóng）位素）可以存活數小時、數周甚至數千年，但其他元素種類的閃現速度如此之快（kuài），以至於科學家無法確認它們的存在。盡管壽命短暫，但天體（tǐ）物理（lǐ）學家認為這些粒（lì）子（統稱為稀有同位素（sù））在恒星（xīng）的演化和宇（yǔ）宙重元素的形成中（zhōng）發揮著重要（yào）作用。現在，密歇根州立大學稀有同位素束設施 (FRIB) 的研究人員已經製造並編錄了五種前所未（wèi）見的稀有同位素，它們都含有大量中子（zǐ） 。

這項成（chéng）就是在（zài）該設施完成的，當（dāng）時設備的運行能力隻（zhī）是其全部同位素發（fā）現潛力（lì）的（de）一小（xiǎo）部分，這使得 FRIB 科學家推測（cè）這些發現隻（zhī）是（shì）未來眾多發現的開（kāi）始。“我們證明，我們可以在不到（dào）一年的運行時間內找到新（xīn）的稀有同位素，”“這顯示出未來實驗的巨大潛力。”

元素周期表中的每（měi）個（gè）元素都列出了它的原子序數（它包含的質（zhì）子數）和原子質量數（質子數加上平（píng）均（jun1）中子數）。平均中子數基於地球上發（fā）現的（de）穩定同位素，但元素的不穩定同位素（sù）可以具有廣泛的中子數。例如，元素周（zhōu）期表中列出的氧含有 8 個質（zhì）子和 8 個中子，但它可以含有少至 3 個（gè）中子，多至 20 個（gè）中子。不（bú）穩定同位素會在不同的時間長度後（hòu）分解：例（lì）如，氧（yǎng） 28 會衰變在十億分之一秒的萬億分之一秒內，轉變為另一種不穩定的氧同位素氧24，然後它也會衰變，這（zhè）次是在千分之七（qī）七秒內。

同位素生成（chéng）實驗通常涉及將原子撞擊目標並在碎片中（zhōng）尋找有趣的垃圾。大多數（shù）以（yǐ）這種方式產（chǎn）生的同位素比原始原子含有更少數量的中子和質子。但（dàn）研究人員對研究質子數和中子數非常接近（有時甚至超過原始原子）的重同位素很感（gǎn）興趣。人們（men）認（rèn）為這些同位素在所謂的r過（guò）程中發揮作用（yòng），該過程在恒星和恒星（xīng）爆炸中形成重元素。但理解這一作用具有挑戰性，因為（wéi）這些重同位素出現在地球實驗中的可能性很小。FRIB 旨在通過使用強大的光束和高（gāo）度靈（líng）敏的檢測方法來應對這一挑戰。

Gade 和她的同事進行的實驗（yàn）涉及將鉑 198 粒子的高能束粉碎到（dào）圓形碳板（bǎn）中。然後，碰撞碎片被導（dǎo）入高級稀有同位素分離器 (ARIS)，並在那裏（lǐ）進（jìn）行編目。ARIS 使用各種磁性和物理機製的組合來按質量過濾（lǜ）原子核。“你可以將其視為非常先進（jìn）的質譜儀，”ARIS 儀器團隊負責人（rén） Brad Sherrill 說道。事實上，它是如此先（xiān）進，Sherrill 說，研究人員可以從 10 18 個原（yuán）子核的初始集合中分離出單一同位素。

通（tōng）過對 ARIS 在 2023 年 1 月進行的（de）一項實驗中檢測到的同位素（sù）進行搜索（suǒ），Gade、Sherrill 和（hé）他們的同事發現（xiàn）了 5 種以前（qián）未檢測到的富中子同位素（銩-182、銩-183、鐿-186）中每一種的 3 到 29 次命中（zhōng）。、鐿-187 和鑥-190。該團隊還發現了一個與同位素特性一致的事件，該同位素所含的中子數量比束中 120 個鉑粒子多（5 個已確認（rèn）的同位素的中子數量都較少）。在（zài）碰撞中“拾取中子”的可能性極小，但 FRIB 研究人員希望隨著實驗的繼續，能夠更（gèng）頻繁地看到這種情況。“我們看到的一些新事物被製造出來的可能性極低（dī）。但它們（men）的製作頻率仍然足夠高，以至於在幾天的實驗過程中我們能夠看到它們，”謝裏爾說（shuō）。

印第安納州聖母大學核科（kē）學實驗（yàn）室主任丹·巴達揚 (Dan Bardayan) 表（biǎo）示：“核物理學的一個基（jī）本可觀察結果是，一個給定的原子核是否存在，或（huò）者它（tā）是否隻是分解成（chéng）其組成部分。” 他指出（chū），FRIB 的建立是為了探（tàn）索核存（cún）在的極限，這對於了解科學家（jiā）是否正確解釋世界各地天文台（tái）目前收集的大量多（duō）信使天體物理數據至關重要。北京師範大學實驗核物理學家何建（jiàn）軍對此表示讚同。他表示，在尋找新同位素（sù）的過（guò）程中（zhōng），FRIB 研究人員展示了“該設施令人印象深刻的能（néng）力”及其“未來發現的（de）巨大潛力”。

銩、鐿和鑥同位素（sù）的檢測是在以設施全部能力（lì）的 1/270 運行鉑光束時進行的。蓋（gài）德說（shuō），隨著研究人員增加通量（擊中目標的鉑粒子數（shù）量），他們將獲得更多的光束與目標碰撞，並且“更多的東西從另（lìng）一側出來”。“我們將獲（huò）得更多數量級的這些特定同位素以及（jí）其他稀（xī）有同位素。”

蓋德希望在通量增加期間發（fā）現（xiàn）一種含有 126 個中子的稀有同位素。對於中子來說，126是一個所謂的魔數（shù），因為含（hán）有126個中子（zǐ）的同位素比（bǐ）那些多幾個或少幾個中子的同位素穩定得（dé）多。蓋德說， r過程的特（tè）征圍繞幻數而變化，因此天（tiān）體物理學家希望更好地了解這些同位素的行為方式。“我們已經將光束通（tōng）量增加了 6 倍，並且很快就（jiù）計劃再增加一次，因此我們正在順利地看到這種同位素。”