稀有同位素开启了核科学的新纪元
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可见宇宙中的物质种类繁多 ， 源于它的心脏 ， 原子核 。 原子核的多样化集合体现了大自然强大力量的美丽 ， 它仅结合了两个组成部分 ， 质子和中子 ， 在我们周围创造了如此巨大的物质财富 。 我们呼吸的氧气、体内的碳和血液中的铁在性质上截然不同：但是是什么驱使它们变成这样呢？了解支配大自然如何组织质子和中子的强大力量是一个长达一个世纪的挑战 。 科学家们已经获得了关于我们在地球上常见的原子核性质的知识 ， 这些原子核是稳定的或非常长寿的 ， 并且中子与质子的比例几乎平衡 。
然而 ， 直到最近 ， 大自然通过短寿命和弱结合的稀有同位素提供的大部分东西仍然超出了我们的认知 。 它们中的大多数具有高度不平衡的中子与质子的比率 ， 从而为核力量开辟了新的视角 。 它们是在奇异的宇宙环境中产生的 ， 例如碰撞和吸积的中子星和超新星 ， 并且是我们周围看到的大多数重元素的滋生地 。 他们形成了实验室通道 ， 以通过状态方程获得一些关于中子星等极端富含中子天体的物质状况的知识 。 通过稳定核的裂变、散裂和碎裂产生地球上稀有同位素的具有挑战性的壮举已经在少数专门的加速器中心完成 。
令我们惊讶的是 ， 稀有同位素正在展现出意想不到的新特性 ， 改变了核科学的传统规则 。 新形式的原子核正在出现 ， 最奇特的是中子晕 。 在元素的原子核中 ， 随着中子数的增加 ， 最外层的中子变得越来越弱 。 最终 ， 原子核无法通过强大的力量保持它们 ， 导致中子未束缚能态 ， 通常称为开放量子系统 。 在核结合的边缘 ， 核的外观出现了意想不到的变化 。 最后一个或两个非常弱束缚的中子突然位于离核的其余部分很远的地方 ， 在致密的核心核周围形成一个不寻常的大中子晕 。 中子晕是通过测量稀有同位素的物质半径而发现的 。 它极大地改变了已知的原子核图像 ， 打破了原子核半径与其质量数的三分之一次方成正比的规则 。
在最后一个结合的只有 11 个核子的锂同位素11 Li中观察到的最显着的光环大小与 208 个核子的208 Pb的物质半径相当 。 晕圈由远离9 Li 核心的两个中子组成 。 2这些双中子晕也是一个独特的三体量子系统 ， 其中任何两个成分都不受束缚 。 它们被称为链环分子核 。 这些光环引发了关于其发生背后隐藏着哪些基本秘密以及其后果是什么的问题 。 关于核力量的哪些方面导致出现这种奇异光晕的问题仍在调查中 。 发现重核中是否存在中子晕以及在哪里存在中子晕仍然是一个开放的领域 。
从有效相互作用的壳模型角度来看 ， 已经有很多理论进步预测张量力是壳演化的关键驱动力 ， 以及变形和弱结合等其他影响 。 从第一原理定义核力与夸克之间的强相互作用 ， 量子色动力学是一项尚未完成的艰巨任务 。 目前 ， 通过手性有效场论的制定 ， 实现了这种尝试的途径 。 然而 ， 这些手性力需要根据稳定和稀有同位素的数据进行测试 。 已发现三核力对于解释新幻数的出现至关重要 。 三核力的确切性质需要通过整个核领域的各种实验观测来进行基准测试 。 解释氦以外观察到的 Borromean 晕并预测新的晕仍然是第一原理的理论挑战 。 实验与理论之间的紧密结合正在极大地推进变革性的新知识 。 意外的实验发现正在告知限制核相互作用以及由此产生的新预测推动了额外的实验搜索 。
【稀有同位素开启了核科学的新纪元】宇宙中的大多数稀有同位素还有待探索 。 未来几年将开辟令人振奋的新前景 ， 因为重大发展正在加强设施 ， 以将范围扩大到更重的稀有同位素 。 这将有助于揭示核壳的新变化和稀有同位素中异常丰富的中子表面如何影响中子捕获等过程 ， 从而在自然界中产生重元素 。 因此 ， 一个发现的时代正在等待着我们 。
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