原子的「超載」能力比人們想像的要大得多，這是美國一個科學小組最新的研究發現。利用粒子加速器，他們創造出了超重鋁、鎂同位素，其中的中子數目大大超過質子數。
這一成果有助科學家找到質子和中子結合成原子核的新理論，並加深他們對恆星元素形成以及衰變的理解。相關論文發表在10月25日的《自然》雜誌上。
原子核是由質子和中子間的強力作用結合而成的，質子數目決定了不同的元素。質子數相同而中子數不同的元素互為同位素。兩個質子之間和兩個中子之間結合力的強度較弱（質子由於電性相互排斥），原子核能夠穩定存在主要是由於質子—中子對之間的作用。
因此，有理論認為，原子穩定存在的一個條件是原子核中的質子和中子數不能相差太多。如果這種平衡被打破，原子就會發生放射性衰變或者核分裂。
正因如此，核物理學家長期以來熱衷於尋找這種穩定性的界限，稱為「中子滴線」（neutron drip line）。科學家已經測定了氧元素的中子滴線，但對於一些更重的元素，它們含中子較多的同位素存在時間極短，因此要準確測定中子滴線十分困難。
然而，最新的研究帶來了全新的認識。美國密西根州立大學國立超導回旋加速器實驗室（NSCL）的Thomas Baumann和同事不僅創造出了擁有更多中子的超重鋁、鎂同位素，而且發現這些同位素能夠比較穩定地存在一定時間。
研究人員將一束加速過的高能鈣離子射向鎢層，這會產生新的元素。科學家在這些新元素中發現了含中子極多的鋁和鎂元素，它們在數毫秒後才會衰變。
進一步研究表明，該鎂-40同位素中含有28個中子，這是正常情況（12個）的兩倍還多，而且多於科學家之前發現的含有26個中子的最重鎂同位素。
更令科學家感到驚訝的是，他們還發現了擁有29個中子和30個中子的超重鋁同位素。根據現行認識，中子個數是偶數的原子更加穩定，因此擁有29個中子的鋁-42同位素理論上是無法穩定存在的。根據此次的發現，研究人員預測，鋁的中子滴線可能一直擴展到34個，雖然這種同位素到目前為止還沒被發現。
參與該項研究的Bradley Sherrill說，「此次的研究是對核子理論『基準』的測量，它檢驗了我們的認識程度。」
此外，新的研究結果還有望加深科學家對中子星的理解。Sherrill表示，對富含中子的原子核而言，質子往往會集中在中央，原子核的表面幾乎完全被中子覆蓋——而這恰好是中子星表面的樣子。