科学家检测到罕见氧同位素

通过将强大的仪器与一些实验技术相结合，物理学家首次探测到氧-28，这是一种在其原子核中含有12个额外中子的氧同位素。科学家曾预测这种同位素异常稳定。但对28O原子核的初步观察表明，事实并非如此。8月30日，一个研究小组在《自然》杂志上报告说，28O核形成后迅速分解。如果这些结果可以被复制，物理学家可能需要更新核结构的理论。

宇宙中最强的力是原子核中结合质子和中子的力。东京工业大学物理学家中村孝说，为了了解元素是如何形成的，中子星的物理特性等许多问题，科学家需要更好地了解这种强大的核力。一种流行的方法是把过量的中子装入轻核，比如氧核，然后观察会发生什么。

根据目前的理论，具有一定数量质子和中子的原子核本质上是稳定的。这是因为质子和中子充满了原子核的“壳层”。当一个壳层中充满适量的质子或中子时，增加或减少粒子会变得非常困难。这些是一些“神奇”的数字，包括2、8、20、28、50、82和126个粒子。如果一个原子核同时拥有“幻”数的中子和质子，它就会变成“双幻”，因此更加稳定。

氧最丰富的形式是16O，它有“双重魔力”，即8个质子和8个中子。氧-28有8个质子和20个中子，早就被预言有“双重魔力”。但是物理学家以前没能探测到它。

观察28O需要几种实验技巧。整个操作的关键是日本放射性束工厂产生的强放射性同位素流。科学家向铍靶发射一束钙-48同位素，从而产生氟-29同位素。这种同位素的原子核比28O多一个质子，但中子数相同。接下来，科学家将29F撞向厚厚的液氢屏障，将一个质子撞出原子核，最终生成28O。

这种稀有形式的氧太短，无法直接观察到。研究小组转而检测其衰变产物——氧-24和四个中子，这在几年前几乎是不可能的。

中村说，这是科学家首次同时探测到4个中子。“他们就像幽灵一样。”他是这样说中子的。

为了观察单个中子，研究小组使用了从德国亥姆霍兹重离子研究中心借来的强大探测器。在这种特殊的探测器中，入射的中子在撞击质子时会被暴露出来。中村说，论文的主要作者、东京工业大学物理学家近藤洋介通过模拟验证了这些困难的测量结果。

“他们真的做足了功课。”教堂山北卡罗来纳大学的物理学家罗伯特·扬森斯说:“他们已经做了他们能做的所有检查。这是一部杰作。”

虽然该团队无法精确测量28O的寿命，但中村表示，这种同位素的行为并没有表现出“双重魔力”，它几乎一出现就分解了。(文乐乐)

相关论文信息:

https://doi.org/10.1038/s41586-023-06352-6