發生在中子星的爆炸，如何讓原子核產生？原子核內部發生了什麼？

2020-10-18 博科園

文章來自：博科園官網

由麻薩諸塞州洛厄爾大學核物理學家領導的一項發現，可能會改變科學家對原子的理解，並有助於解釋外層空間的極端現象。這一突破揭示了存在於原子核中的對稱性，並不像科學家認為的那樣基本。這一發現揭示了原子核內的作用力，為更好地理解宇宙打開了大門，其研究發現發表在《自然》期刊上。

這一發現是在麻薩諸塞州洛厄爾大學領導的團隊，致力於確定X射線爆發（發生在中子星表面的爆炸）中原子核是如何產生的，中子星是大質量恆星生命末期的殘留物。該研究小組的負責人、加州大學馬薩斯分校洛厄爾分校物理學助理教授安德魯·羅傑斯說：我們正在研究這些原子的原子核內部發生了什麼，以更好地理解這些宇宙現象，並最終回答科學上最大的問題之一：化學元素是如何在宇宙中產生的？

這項研究得到了美國能源部對麻薩諸塞州洛厄爾大學的資助，由密西根州立大學國家超導迴旋實驗室(NSCL)進行。在實驗室裡，科學家們創造了奇異的原子核來測量它們的性質，以便了解它們作為物質、宇宙和生命本身基石所扮演的角色。原子是物質的一些最小單位，每個原子都包括圍繞其核心深處微小原子核運行的電子，原子核幾乎包含了其所有的質量和能量。

質子數決定了原子屬於元素周期表上的哪種元素，從而決定了原子的化學組成。一種元素的同位素具有相同數目的質子，但具有不同數目的中子。在NSCL，原子核被加速到接近光速，並被粉碎成碎片，產生了一種罕見的同位素鍶-73，這在地球上不是自然存在的，但在中子星表面猛烈的熱核X射線爆發期間可以短暫存在，鍶的這種同位素含有38個質子和35個中子，壽命只有零點幾秒。

研究小組日以繼夜地工作了八天，創造了400多個鍶-73原子核，並將它們與溴-73的已知性質進行了比較，溴-73是一種含有35個質子和38個中子的同位素。隨著質子和中子數目的互換，溴-73核被認為是鍶-73核的「鏡像夥伴」。由於質子和中子之間的相似性，原子核中存在鏡像對稱性，這是科學家理解核物理的基礎。大約每隔半小時，研究人員就會製造一個鍶-73原子核，將其運送到NSCL的同位素分離器中。

然後將該原子核停在一個複雜探測器陣列的中心，在那裡可以觀察到它的行為。通過研究這些原子核的放射性衰變，科學家們發現鍶-73的行為與溴-73完全不同，這一發現提出了關於核力的新問題。研究發現，鍶-73和溴-73在結構上應該是相同的，但令人驚訝的是並非如此。探測自然界中存在的對稱性，對物理學家來說是一個非常強大的工具。當對稱性被破壞時，這表明我們的理解有問題，需要更仔細地觀察。

研究的主要作者，麻薩諸塞州洛厄爾大學大學副研究員丹尼爾·霍夫說：科學家們所看到的將挑戰核理論。比較鍶-73和溴-73的原子核就像看著鏡子，認不出自己，一旦確信我們看到的是真的，就非常興奮。作為團隊研究的一部分，最先進的理論計算由密西根州立大學研究助理王思敏進行，並由密西根州立大學(MSU)著名物理學教授、將於明年開放的稀有同位素光束設施(FRIB)首席科學家威託德·納扎雷維奇指導。

博科園｜研究/來自：麻薩諸塞州洛厄爾大學

參考期刊《自然》

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