我們知道，原子核是由質(zhì)子和中子構(gòu)成的。質(zhì)子和中子在強(qiáng)力的作用下緊緊地束縛在一起。然而，當(dāng)質(zhì)子數(shù)量過多時(shí)，原子核會(huì)因質(zhì)子間的電磁斥力而面臨分裂的風(fēng)險(xiǎn)，為超重元素的形成帶來了巨大的挑戰(zhàn)。

一般說來，超重核都會(huì)在極短的時(shí)間內(nèi)（百萬分之一秒以內(nèi)）衰變，這使得研究人員很難通過實(shí)驗(yàn)直接測量壽命更短的核素。不過，有一個(gè)“技巧”或許可以在有的情況下被借用：某些受量子效應(yīng)穩(wěn)定的激發(fā)態(tài)，即所謂的處于同核異能態(tài)的核素，往往具有更長的壽命。事實(shí)上，這些同核異能素在形狀變形的超重核中廣泛存在，為探索這些短壽命的原子核提供了可能性。

在一項(xiàng)新發(fā)表于《物理評(píng)論快報(bào)》上的研究中，研究人員測量了一種名為-252（Rf-252）同位素的半衰期僅為60納秒（1納秒 = 1×10??秒）。這是目前已知壽命最短的超重原子核。

合成與測量

在新的研究中，物理學(xué)家使用GSI/FAIR UNILAC加速器生成鈦-50（Ti）離子束，并利用成鈦-50離子束轟擊由鉛-204（Pb）制成的靶材。他們通過調(diào)節(jié)四種不同能量的離子束，誘導(dǎo)-254的聚變：通過發(fā)射一個(gè)中子形成-253，或通過發(fā)射兩個(gè)中子形成-252。

隨后，這些核素和其他反應(yīng)產(chǎn)物被引入一個(gè)充滿氣體的反沖分離器中。在這個(gè)裝置中，磁體通過動(dòng)量電荷比，將目標(biāo)核素與其他不需要的產(chǎn)物分開。一旦完成分離，同位素就會(huì)在0.6微秒（1微秒 = 1×10??秒）的飛行時(shí)間里，沿著裝置內(nèi)的通道移動(dòng)約3.5米，最后被植入硅探測器中進(jìn)行測量。

研究表明，在最大束流能量下，-252的產(chǎn)量最為顯著。最終，研究團(tuán)隊(duì)共觀測到27個(gè)-252離子，其表觀半衰期為13微秒。通過先進(jìn)的檢測和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，研究人員發(fā)現(xiàn)13微秒的壽命主要?dú)w因于-252的激發(fā)態(tài)（同核異能態(tài)），而基態(tài)僅在60納秒內(nèi)就發(fā)生自發(fā)裂變。

意義與展望

這一結(jié)果刷新了已知超重核壽命的下限，比此前記錄短了近兩個(gè)數(shù)量級(jí)。研究團(tuán)隊(duì)指出，正是由于-252的激發(fā)態(tài)存在較長的壽命，才使得其基態(tài)的短壽命得以被觀測和測量。

-252是最缺乏中子的同位素。這一發(fā)現(xiàn)為改進(jìn)裂變行為的理論模型提供了重要數(shù)據(jù)，同時(shí)也為預(yù)測富含中子的超重核裂變半衰期提供了參考。這些核素與著名的r過程密切相關(guān)，這一核合成過程產(chǎn)生了超過半數(shù)比鐵重的元素。然而，迄今為止，r過程的超重核仍未在實(shí)驗(yàn)室中成功合成。

可以說，這一結(jié)果為研究同核異能態(tài)、反向裂變穩(wěn)定性（激發(fā)態(tài)比基態(tài)更穩(wěn)定）以及超重核同位素邊界奠定了新的基準(zhǔn)。未來，研究團(tuán)隊(duì)計(jì)劃探索下一元素（Sg，106號(hào)元素）的反向裂變穩(wěn)定性，進(jìn)一步合成壽命低于1微秒的同位素。?

#參考來源：

https://phys.org/news/2025-01-rf-shortest-superheavy-nucleus-subsequent.html

https://physics.aps.org/articles/v18/8

#圖片來源：

封面圖&首圖：AI-generated image, Pavol Mosat and Khuyagbaatar Jadambaa