世界最重氧同位素首次被觀測到，將檢驗原子核結構理論模型

　　世界上最重的氧同位素——氧-28第一次被找到。人們對它的研究，有望對原子核結構現代理論或模型進行嚴格的檢驗。

　　北京時間8月30日23時許，國際頂級學術期刊《自然》（Nature）發表論文稱，首次觀測到極豐中子的氧同位素——氧-27、氧-28。

　　該論文的通訊作者是日本東京工業大學物理系助理教授近藤洋介（Yosuke Kondo）。來自日本、德國、法國、瑞典、荷蘭、韓國、黎巴嫩等國家的人員組成了聯合研究團隊。

　　“他們利用世界上最強大的回旋加速器，完成了尋找氧-28這一具有挑戰性的壯舉。”加拿大圣瑪麗大學物理學教授、加拿大粒子加速器中心科學家里圖帕娜·卡農戈（Rituparna Kanungo）在其評論文章中稱。

　　雖然人們預測過同位素氧-28的存在，但此前沒有人觀測到過這一衰變時間極短的同位素。人們之前認為氧-28原子核中的中子和質子具有很強的結合力。但現在的實驗顯示，它以非束縛狀態存在。

　　在前述研究中，氧-27、氧-28是被人為制造出來的：他們將一束高強度的穩定的鈣-48同位素光束激發到總能量約為160億電子伏特，轟擊一個旋轉的鈹靶。碰撞使鈣-48分裂成更輕的原子核，其中大部分是壽命較短的稀有同位素。碎片飛過一個光譜儀，篩選出同位素氟-29。后者只比氧-28多一個質子。氟-29隨后與液氫相撞，被“剔掉”一個質子，從而產生氧-28。

　　近藤洋介等人測量了實驗中衰變產物的動量矢量，并利用這些結果推導出了氧-28的能譜，發現其能譜的峰值相當低，約為0.5兆電子伏特。而這一發現與之前所有的理論預測都不符。

　　根據實驗中的觀測和計算結果，研究人員推斷，氧-27、氧-25都不可能是氧-28衰變產生的。而氧-28的衰變是按順序進行的：先發射出兩個中子，形成一個氧-26核，然后再發射出兩個中子，形成束縛的氧-24核。

　　原子核被認為是由質子和中子組成的量子多體系統。從1911年物理學家盧瑟福提出原子有核，110多年來，人們沒有停止對原子核結構的繼續探究。

因對原子核和基本粒子理論所做的貢獻，特別是對稱性基本原理的發現和應用，1963年，美籍物理學家尤金·保羅·維格納（左）被授予諾貝爾物理學獎；因在核殼結構方面的發現，當年，美籍物理學家瑪麗亞·格佩特·邁耶（中）和德國海德堡大學教授約翰內斯·漢斯·丹尼爾·延森（右）也被授予了諾貝爾物理學獎。

　　諾貝爾獎官網發布的信息稱，根據現代物理學，原子由核子（質子和中子）組成的原子核，以及分布在周圍殼內的電子組成。1949年，美籍物理學家瑪麗亞·格佩特·邁耶（Maria Goeppert Mayer）和德國海德堡大學教授約翰內斯·漢斯·丹尼爾·延森（Johannes Hans Daniel Jensen）開發了一個理論模型，在該模型中，核子分布在不同能級的殼層中。1963年，為了獎勵瑪麗亞·格佩特·梅耶爾和約翰內斯·漢斯·丹尼爾·延森對原子核殼結構的發現，他們被授予當年的諾貝爾物理學獎，并各自獲得四分之一的獎金。

　　而將一個物理系統置于極端條件下，是為了更好地理解和深入洞察其組織和結構。就原子核而言，其中一種方法就是研究中子-質子比（N/Z）與穩定原子核中的中子-質子比截然不同的同位素。豐中子同位素，尤其是中子與質子比明顯不同于穩定核的輕同位素，為原子核結構的現代理論模型提供了嚴格的檢驗。

　　同位素也是原子。質子數相同但中子數不同的原子互稱同位素。它們的化學性質幾乎相同，但質量不同，因此物理性質也不同。不穩定的同位素因為衰變、輻射，被稱為放射性同位素。

　　氧有10多個已知同位素，其中只有3個是天然存在的、穩定的同位素——氧-16、氧-17、氧-18，其他的都具有放射性。

　　氧-16的含量最高，占我們呼吸的氧氣中的絕大部分。它的原子核中有8個質子和8個中子。

　　而氧-28的原子核中有8個質子和20個中子。

　　研究人員認為，前述的發現提供的新見解，將加深我們對原子核，特別是極端豐中子原子核的結構的理解。此外，前述論文中使用的多中子衰變光譜技術，使得人們對多中子相關性的詳細研究和對其他奇異系統的研究現在成為可能。