核物理学家制造出地球上不可能自然存在的粒子,以研究核内物质

发布网友 发布时间：2023-08-08 16:36

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热心网友 时间：2023-10-17 04:06

由马萨诸塞州洛厄尔大学核物理学家领导的一组研究人员的发现可以改变科学家对原子的理解方式，并有助于解释外层空间的极端现象。 研究人员的研究表明，原子核内存在的对称性并不像科学家所认为的那么简单。这项发现揭示了原子核内的作用力，为进一步了解宇宙打开了大门。这项发现是由UMass Lowell领导的小组在确定X射线爆发如何产生而发现的，X射线爆发是中子星表面发生的爆炸，而中子星是大质量恒星生命末期的残余结构。

UMass Lowell助手Andrew Rogers表示：“我们正在研究这些原子的原子核内部发生了什么，以更好地理解这些宇宙现象，并最终回答科学中最大的问题之一，即宇宙中的化学元素是如何产生的。”

这项研究得到了美国能源部的120万美元资助，美国能源部还允许其在密歇根州立大学的国家超导回旋加速器实验室进行实验。在实验室中，科学家创造出了奇异的原子核来测量其性质，以了解其作为物质，宇宙和生命本身的构成要素的作用。

原子是物质的最小单位。每个原子都有围绕其核心的微小核运动的电子，其中几乎包含了所有质量和能量。原子核由两个几乎相同的粒子组成，带电的质子和不带电的中子。原子核中的质子数决定了原子在周期表中属于哪个元素，从而决定了其化学性质。元素的同位素具有相同数量的质子，但具有不同数量的中子。

在美国超导回旋加速器实验室，核被加速到接近光速，然后破碎成碎片，形成了锶73 ，这是一种罕见的同位素，它在地球上是不存在的，但是在强烈的热核X射线爆发时可以短时间存在在中子星的表面，锶的同位素包含38个质子和35个中子，仅能在地球环境中生存不到一秒的时间。

该小组昼夜不停地工作了八天，创造了400多个锶73核，并将它们与已知的溴73的性质进行了比较，溴73的同位素包含35个质子和38个中子。由于质子和中子的数量互换，因此，溴73原子核被视为锶73原子核的一种镜像结构。由于质子和中子之间的相似性，原子核中存在镜像对称性，这是科学家对核物理的理解的基础。

大约每半小时，研究人员就产生了一个锶73原子核，并通过NSCL的同位素分离器转运，然后将原子核置于复杂的探测器阵列中心，在那里他们可以观察其行为。通过研究这些原子核的放射性衰变，科学家发现锶73的行为与溴73完全不同。据罗杰斯说，这一发现提出了有关核力量的新问题。

“我们发现锶73和溴73的结构相同，但令人惊讶的是，它们其实并不相同。探测自然界中存在的对称性是物理学家非常有力的工具。当对称性崩溃时，这说明我们的理解有误，我们需要仔细观察。”罗杰斯说。 “比较锶73和溴73核就像照镜子一样，无法识别自己。 一旦我们说服自己看到的是真实的，我们就会非常兴奋。”罗杰斯说。

作为该小组研究的一部分，最新的理论计算由密歇根州立大学的研究助理Simin Wang进行，并由MSU的John A. Hannah杰出物理学教授兼首席科学家Witold Nazarewicz指导。

研究人员的工作为稀有同位素的结构提供了独特的见解，Nazarewicz说。“但仍有许多工作要做。新的在线设施，例如MSU的FRIB，将为深入了解镜面对称难题提供缺少的线索。我很高兴我们的理论和数据能为这项宏伟的工作做出贡献。” 随着研究人员不断加入并寻求完善和确认他们的观察结果并进一步研究这些同位素，已经有更多实验的计划正在进行或准备着手进行。