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钙-48同位素光束轰击铍靶,经筛选、“剔除”质子,最终产生最重的氧同位素——氧-28。
世界上最重的氧同位素——氧-28第一次被找到。人们对它的研究,有望对原子核结构现代理论或模型进行严格的检验。
北京时间8月30日23时许,国际顶级学术期刊《自然》(Nature)发表论文称,首次观测到极丰中子的氧同位素——氧-27、氧-28。
该论文的通讯作者是日本东京工业大学物理系助理教授近藤洋介(Yosuke Kondo)。来自日本、德国、法国、瑞典、荷兰、韩国、黎巴嫩等国家的人员组成了联合研究团队。
“他们利用世界上最强大的回旋加速器,完成了寻找氧-28这一具有挑战性的壮举。”加拿大圣玛丽大学物理学教授、加拿大粒子加速器中心科学家里图帕娜·卡农戈(Rituparna Kanungo)在其评论文章中称。
虽然人们预测过同位素氧-28的存在,但此前没有人观测到过这一衰变时间极短的同位素。人们之前认为氧-28原子核中的中子和质子具有很强的结合力。但现在的实验显示,它以非束缚状态存在。
在前述研究中,氧-27、氧-28是被人为制造出来的:他们将一束高强度的稳定的钙-48同位素光束激发到总能量约为160亿电子伏特,轰击一个旋转的铍靶。碰撞使钙-48分裂成更轻的原子核,其中大部分是寿命较短的稀有同位素。碎片飞过一个光谱仪,筛选出同位素氟-29。后者只比氧-28多一个质子。氟-29随后与液氢相撞,被“剔掉”一个质子,从而产生氧-28。
近藤洋介等人测量了实验中衰变产物的动量矢量,并利用这些结果推导出了氧-28的能谱,发现其能谱的峰值相当低,约为0.5兆电子伏特。而这一发现与之前所有的理论预测都不符。
根据实验中的观测和计算结果,研究人员推断,氧-27、氧-25都不可能是氧-28衰变产生的。而氧-28的衰变是按顺序进行的:先发射出两个中子,形成一个氧-26核,然后再发射出两个中子,形成束缚的氧-24核。
原子核被认为是由质子和中子组成的量子多体系统。从1911年物理学家卢瑟福提出原子有核,110多年来,人们没有停止对原子核结构的继续探究。
氧有10多个已知同位素,其中只有3个是天然存在的、稳定的同位素——氧-16、氧-17、氧-18,其他的都具有放射性。
氧-16的含量最高,占我们呼吸的氧气中的绝大部分。它的原子核中有8个质子和8个中子。