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    原子核“神奇数字”打破了镍78的“双重魔力”!

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      普朗克
      原子核“神奇数字”打破了镍78的“双重魔力”!

      来自日本物理研究所西西纳加速器研究中心的科学家及其合作者利用该中心的重离子加速器RI束流证明,镍-78是一种富含中子的“双重魔力”同位素,含有28个质子和50个中子,尽管质子和中子的数量存在很大的不平衡,但它仍然保持着一个相对稳定的球形。同时还发现了一个令人惊讶的现象——实验观察表明,镍-78可能是最轻的原子核,有50个中子,具有神奇的性质。较轻的同位素(即中子数相同但质子数不同的原子核)将不可避免地发生形变,尽管中子数具有魔力。

      原子核“神奇数字”打破了镍78的“双重魔力”!

      掌握富含中子原子核中神奇数字的有效性,对于理解我们今天所看到的宇宙为什么会有如此多的原子核至关重要。比铁重的元素不是在正常恒星燃烧过程中合成的,而是主要通过s过程和r过程产生,这两个过程涉及到原子核捕获额外的中子。

      (此处已添加圈子卡片,请到今日头条客户端查看)

      中子被迅速吸收的r过程特别重要,因为它负责产生某些富含中子的原子核。在这个过程中,原子核积累中子,直到它们达到一种它们不能再接受中子的状态(这种状态被称为等待点)然后经历一个被称为衰变的过程。在这个过程中,它们失去一个中子,但获得一个质子,使它们开始接受新的中子。

      原子核“神奇数字”打破了镍78的“双重魔力”!

      r过程占比铁重原子核产生量的一半左右,只能发生在异常富含中子的环境中,比如超新星爆炸或中子星合并,就像2017年观察到的那样。然而,这些“等待点”的确切位置并不为人所知。使这一过程更加复杂的是,质子或中子的神奇数量(相当于化学中封闭电子壳层的概念)使原子核更难以捕获更多的中子。一个众所周知的神奇数字是50个中子,但目前还不清楚这个数字是否被保存下来,用于极其富含中子的原子核。为了找到答案,研究小组决定用镍-78进行实验。镍-78是一种具有双重魔力的同位素,由于日本RI束流工厂等强大的加速器,直到现在才可以用于实验。

      原子核“神奇数字”打破了镍78的“双重魔力”!

      为了进行这项2019年5月1日发表在《自然》上的实验,研究人员综合了法国CEA操作的MINOS探测器和理研所操作的DALI2探测器观测结果,这两个探测器都位于RIBF复合体内。产生了一束铀238,并用它轰击铍靶,迫使铀裂变成像铜79和锌80这样的同位素,这两种同位素都有50个中子。然后这两束光被发射到氢靶上,有时会产生镍-78,这是研究的重点。利用伽马射线探测器,该小组证明,镍-78相对稳定,正如计算预测的那样,保持一个球形而不是变形的形状。东京大学的谷内亮(Ryo Taniuchi)和以加速器为基础的日本理研所Nishina科学中心表示:

      原子核“神奇数字”打破了镍78的“双重魔力”!

      我们很高兴能够通过实验证明,镍-78确实保持了计算预测的球形形状。然而,我们惊讶地发现,原子核也有一个相互竞争的形状,它不是球形,任何比我们使用更轻的等色调都会受到这种变形的影响,无法保持其神奇的性质。Nishina中心的ter Doornenbal说:这是一个重要的发现,因为它给了我们新见解,关于魔法数字如何在整个核环境中出现和消失,以及如何影响核合成过程,从而导致我们今天在宇宙中看到的大量同位素。并打算用更轻的等重50个中子做进一步实验来证明这一发现。

      原子核“神奇数字”打破了镍78的“双重魔力”!

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