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一场原子核间的接力赛——镱-150同核异能态的发现 【#AI视频 | 一场原子核间的接力赛——镱-150同核异能态的发现】 接力赛,一定是体育场上最令人血脉偾张的项目之一了。而在比原子还要小亿万倍的原子核的世界里,竟然也上演着一场别开生面的“接力赛”。 科学家们通过研究稀有原子核的特殊状态,揭开了一场由中子和质子完成的奇特接力。 要理解这项发现,我们得先认识一下原子核这个微观世界里的重要角色。 原子核由带正电的质子和不带电的中子组成。就像电子在原子中分层排布一样,原子核中的质子和中子也按照能级高低依次排布,形成类似的壳层结构。当质子或中子的数目恰好填满一个壳层时,原子核会变得格外稳定,这些特殊的数字被称为“幻数”。 在通常情况下,原子核处在能量最低的状态——“基态”。但在外界作用下,例如核与核之间的碰撞,原子核也可能被“激发”到更高能量的状态——“激发态”。绝大多数激发态都极不稳定,会瞬间通过发射伽马射线等方式释放多余能量,从而回到基态。 然而,在某些特殊结构下,原子核可以在激发态“滞留”较长时间,迟迟不退回基态。这些寿命显著延长、相对稳定的激发态,被称为“同核异能态”(下文简称异能态)。 从1921年奥托·哈恩首次发现异能态开始,科学家们已经发现了约2600个半衰期大于10纳秒的异能态。因其长寿命特性,异能态不仅在能源、医疗等领域具有潜在的应用价值,也是窥探原子核结构的重要窗口。 人们发现,在幻数核及其邻近核中,往往更容易形成异能态。在核素图上,靠近中子幻数82、中子数80的偶偶核中就存在着一条引人注目的“异能态链”。 在这条链上,自旋宇称为10⁺的异能态从丰中子核钯-126一直延伸至缺中子核铒-148,在十二个偶偶核(质子数由46到68)中连续出现,形成了核素图上最长的10⁺异能态链。 然而,自1982年在铒-148中发现异能态以来,寻找下一个成员——镱-150中(质子数为70)的异能态,却迟迟没有进展。镱-150是一个极度缺中子的核素,科学家们在实验室里产生它都相当困难,以至于它究竟还存不存在异能态,异能态链还能否延续至质子滴线核区,成了四十多年来的未解之谜。 镱-150在核反应中产生的几率极低。在海量反应产物中,它的产额微乎其微,其出现就像是一闪而过的“微光”,几乎淹没于其他产物带来的高额本底之中。要从中辨认出镱-150的踪迹,必须依靠精密的实验设计与巧妙的
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原子核——一元二态物理名词解释18 原子核这个概念,顾名思义就是原子的核心部分。在物理学上,原子核由质子和中子所构成。至今已提出的各种原子核模型均存在这样或那样的一些问题,因此原子核模型理论还是一个发展中的理论。 这些核模型往往都与电荷相关联,而问题的根源,恰恰就在于没有摆脱电荷相关性上。在一元二态物理中,电没有正负之分,它们都是一种极性场,只是在宏观上,电子之间的耦合极性场跟原子核之间的耦合极性场,呈现出了协变电场与本征电场两种不同的性质罢了。 在一元二态物理中,原子核是由质子和电子构成的一个梭状粒子。在原子核中,核内质子同向规则排列,相邻轴上质子相互咬合而不存在间隙,这就是原子核的密度极大的原因;所有相邻的质子间,它们一一相对的光子均极性相反,而紧密耦合在一起,这就形成了核力的强力性质;电子附着在核表面的质子上,电子和它所附着的质子一起,物理学上称作了中子,这就是实验观测到中子都分布在核表面的原因。 参考元素丰度和元素周期理论,一元二态物理建立了部分元素的核结构模型。从中不难看出,丰度为100%的元素,其核结构具有三维对称性;丰度越低的元素,其核结构的对称性也越差。可见,所谓幻数原子核是指核结构对称性较好的原子核。 从这个梭状原子核模型可以看出,质子主导着原子核的整体结构样貌,进而决定着原子核在相互作用中的各种性质。实验观测表明,原子核的性质由所含质子数决定,而与所含“中子”数量几乎无关。这是因为,一种元素的各种同位素,在原子核的主轴或主面上都是一致的,差别只是在于主轴或主面两侧的中子数量不同,而这个差别一般位于原子核的内部,它不会改变原子核的整体结构样貌,也通常不参与跟外界的相互作用。 上世纪对原子核散射实验的结果已经表明:原子核就像一团软胶,形状不断变化。这显然是对“球状”原子核模型的否定;当然,原子核也不可能真得是一团“软胶”。用梭状原子核模型,可以这样来解释:在三维空间中,沿着各个轴向不停转动的梭状原子核,看上去的确就像一团软胶。 可见,这个散射实验可以视为一元二态物理梭状原子核模型的一个有力证据。 #原子核 #物理 #科普 #质子 #电子
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