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铋同位素可从球形变为橄榄球形

2021-11-19 09:59     来源:CERN     同位素 欧洲核子研究中心
这种不寻常的核物理现象是50年前在欧洲核子研究中心的ISOLDE设施中首次发现的,直到现在也只在汞同位素中看到。


ISOLDE 团队用于研究铋同位素的超灵敏装置。 (图片:欧洲核子研究中心)

欧洲核子研究中心ISOLDE设施的一个国际团队在《物理评论快报》上发表的一篇论文中报告说,从球形到橄榄球形的交替不再是汞同位素的唯一专利。

同位素是一种化学元素的形式,其原子核中的质子数量相同,但中子的数量不同。

原子核通常为球形或接近球形。不过对于一个特定的元素来说,当中子的数量发生变化时,核的形状会逐渐发生变化,甚至会突然发生变化。然而,50年前,在ISOLDE进行的一项实验显示,汞同位素的原子核实际上在形状上发生了巨大的交替,从球形到明显的橄榄球形,因为单个中子被从原子核中移除或添加到原子核。

这一发现仍然是过去 50 年核物理学中最引人注目的发现之一,从那时起,科学家们一直想知道除汞以外的元素是否也表现出这种不寻常的“形状惊人”现象。

在 ISOLDE(发现该现象的同一设施)进行的新研究现在已经给出了这个问题的答案。通过使用ISOLDE的超灵敏共振电离激光离子源,该研究背后的团队现在已经表明铋的同位素也显示出形状交错。

具体而言,研究小组在检查以每秒不到一个原子的低速度产生的铋核时发现,拥有83个质子和105个中子的铋-188的原子核比其最接近的核邻居铋-189(多一个中子)和铋-187(少一个中子)的原子核的半径要大很多。有趣的是,这种半径的急剧增加,揭示了从球体到明显的橄榄球的变化,发生在相同的中子数,即105,与汞同位素中形状交错的开始时间相同。

“我们没有从理论或实验中看到铋核也会表现出形状交错。”欧洲核子研究中心的布鲁斯·马什说,他是该研究的合著者。“这种轻铋原子核非常难以制造和研究,我们最好的核物理理论缺乏预测这些和其他复杂原子核形状的能力。”

如果这个实验结果还不够,该团队收集了来自五大洲的十几个原子理论小组的独特合作,以从 ISOLDE 测量中提取核特性。与此同时,研究人员进行了最先进的核理论计算,为理解这种形状惊人的现象铺平了道路。

马什总结说:"我们不能说我们是否会发现另一个形状交错的例子,但有一点是明确的,这种行为不再是汞同位素所独有的。”

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