没错，就是钠。不要被这个熟悉的名字欺骗，这可不是我们在食盐中能找到的元素。地球上几乎所有的钠都是钠-23，这个数字代表组成其原子核的是11个质子和12个中子。然而，这23个粒子并不包含所有能被成为钠的物质。严格说来，任何质子数为11的原子核都是钠。毕竟，元素周期表是根据原子核中的质子数来排列元素的，第11号元素就是钠，这与粒子内部的中子数无关。
这次，物理学家们创造出的是一种含有11个质子、28个中子的钠原子核。这种钠-39是已知的钠的最大质量同位素。它的产量非常小，产生一个钠-39原子需要8个小时和千万亿次的碰撞，而且它几乎会在形成之后就立刻解体了。
即便如此，这一结果仍然创造了钠的同位素的新纪录，这实则是一些科学家已经尝试了很久的探索。几十年来，物理学家们一直在探索元素周期表，以求在物理定律允许的条件下找到每种元素的最重同位素。
探索自然的极限一直是物理学研究者的一个目标，对稀有同位素的研究就是其中一个例子。对于具有一定质子数量的原子核来说，它能束缚的中子数量是有限的。一旦超过这个极限，原子核便会停止粘合在一起，这一极限被称为中子滴线。之所以被称为“滴线”，是因为如果再增加一个中子突破这个极限，那么这个中子就会毫无阻力地溜走。
研究人员绘制了氟（F）和氖（Ne）的最重同位素的中子滴线（绿线）。在此之前，我们只知道元素周期表的前8个元素的中子滴线（粉线）。| 图片来源：APS / Joan Tycko
长时间以来，在元素周期表的118种已知元素中，科学家只知道其中8种最轻元素的中子滴线。绘制重元素的中子滴线可以让科学家更好地理解原子核的存在极限。这是一项实验难度很大的研究，科学家用了近20年的时间才最终确定两种新的核极限。
在新的测量中，他们在加速器中向铍（Be）发射了一束钙-48（Ca）高能粒子束，当射线击中目标时，钙原子核分裂成碎片。然后，通过使用一种能根据粒子的质量和电荷来筛选粒子的强大“过滤器”，研究人员找到了同位素。根据已经绘制到氧元素的中子滴线，他们为排在氧元素之后的三种元素找到了迄今为止的最重同位素——氟-31、氖-34，以及钠-39。
要证明一个粒子是同类粒子中最重的，仅仅将它创造出来是不够的，还必须能证明没有其他更重的同位素物质存在——这是这项探索中最难的部分。因为有这样一个问题会一直有萦绕：如果我们没有发现更重的同位素，是因为它不存在，还是因为我们的实验做得不够好？
在这项研究中，物理学家们用了数年时间来准备这项实验。他们升级了加速器的功率，还制造了一个几乎有足球场大的复杂精妙的粒子过滤器，它使用磁铁来分离原子核。然后，为了证明有22个中子的氟-31是氟的最重同位素，他们进行了多次的粒子碰撞。根据理论模型的预测，应该会有氟-32和氟-33产生。
在实验中，他们制造出了4000个氟-31，这是一个非常庞大的数量。假如真的有氟-32存在，那么他们应该能在这样大的样本中看到这种同位素。因此，当确定没有看到比氟-31更重的同位素时，研究团队几乎肯定地确认了最重的氟同位素就是氟-31。通过类似的过程，他们确定了氖-34是氖最重的同位素。
但研究团队并没有草率地发表官方声明，他们用了近五年的时间来分析这些结果，直到本周才将结果公布。在最近的《物理评论快报》上，他们证实了氟原子核的极限是22个中子，氖原子核最多可以包含24个中子。而钠的极限仍旧无法确定，但从这个实验来看，这个极限至少可以是28个中子。这是20年来，物理学家在中子滴线问题上作出的首次重大突破，他们确定了氟原子和氖原子中可以拥有的最大中子数，并为理论计算模型建立了新的约束条件。
通过这些实验，物理学家希望更好地理解自然界中可能与不可能之间的界限。此外，这些测量数据还能帮助天体物理学家研究太空中的一些极端环境，比如中子星。中子星是已经死亡了的恒星坍缩成的核心，它的密度极大，中子星上一茶匙的物质重约10亿吨。在中子星的极端条件下，就可以形成在实验室中制造出的这些奇异的、寿命短暂的原子核。
这些实验不仅绘制了核素的极限图像，还挑战着我们所知道的定义了这些核结构的自然基本力。现在，研究人员希望能够确认钠元素的最重同位素。在理想的情况下，物理学家希望能找到元素周期表中所有元素的中子极限。而钠才仅仅位列118个元素中的第11号。因此，科学家很理性地明白，或许我们很难绘制出所有元素的中子滴线，但即便如此，这种探索也已经把宇宙中那些奇怪、混乱的过程带到过我们的面前。
