據《自然》雜誌網站12月1日報導，科學家在汞的一種不穩定同位素汞-180中，觀察到一種不對稱裂變，這種未曾預料的核反應現象有助於理論學家進一步理解原子核，建立更加完善的原子核模型。該研究發表在《物理評論快報》上。
在核裂變過程中，較重的原子核會分裂成幾部分。通常觀察到的分裂過程是對稱的，裂變碎片大小基本相等。科學家也知道有不對稱核裂變的例子，但迄今為止，尚沒有完整的理論模型來解釋對稱、不對稱裂變等各種現象。根據殼層結構理論，質子和中子與核外電子一樣分別填充在內核層和外核層上，當原子核中的質子和中子的數目達到某一幻數時，這個核會特別穩定，不對稱裂變大多是由於優先形成了「幻數」原子核。
研究人員在歐洲核子研究中心（CERN）通過上線同位素質量分離器（ISOLDE）實驗對汞-180的衰變進行了研究。這種同位素含有80個質子和100個中子，科學家原以為它會分裂成兩個相同的原子核：含40個質子和50個中子的鋯-90。因為40和50是幻數，這樣外殼就會被完全充滿，科學家認為這種結果是最可能的。但在實驗中它分裂成了釕-100和氪-80。
「對稱分裂應該是佔優勢的，但卻沒有發生。」ISOLDE成員、西蘇格蘭大學安德雷·安德烈耶夫說。ISOLDE是唯一能夠產生不穩定重元素的設備，並能收集反應產物加以研究。安德烈耶夫和研究小組開始用了一束鉈-180，捕獲一個電子後將其81個質子中的1個變成中子，衰變成汞-180，然後發生了不對等分裂。
此前，美國新墨西哥州洛斯阿拉莫斯國家實驗室理論學家彼得·穆勒曾經詳細研究過比汞更重的原子核裂變，都傾向於對稱分裂。ISOLDE實驗之後，他認為，這可以用他們研究小組2001年建立的一個原子核模型來解釋。比較鉈和汞的原子核質量可以預測，捕獲一個電子可以給汞的原子核帶來9.5兆電子伏的額外能量。穆勒的模型計算結果顯示，對稱分裂需要越過10.5兆電子伏的能量障礙。相比之下，不對稱分裂要求的能量就少得多。穆勒說：「我們還無法確切解釋為何會發生不對稱分裂，但這是一個在表面張力、靜電荷和原子核力之間的更脆弱的平衡。」他的模型不僅能預測汞-180的不對稱分裂，還能預測更多其他不穩定原子核的分裂。
田納西大學原子核理論學家維託德·納沙瑞維克認為，儘管工程師們掌握的核裂變知識足夠建造出原子彈或核反應堆，科學家對核裂變的理解也已經深入到質子和中子之間的相互反應，但現有模型並不能預測裂變會產生何種不穩定同位素。這項試驗有助於科學家深入基本理論，設計下一代反應堆。（來源：科技日報 常麗君）
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PRL發表論文摘要（英文）
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