科學家創造奇怪的南瓜形原子核:在450納秒內衰變
據國外媒體報導,近日,芬蘭的物理學家創造了一個南瓜形狀的原子核,它能以一種罕見的放射性衰變方式釋放質子。
在質子發射的放射性元素中,镥-149原子核的半衰期最短。研究人員在3月16日的《物理評論快報》(Physical Review Letters)上撰文稱,該原子核可以在短短450納秒內就失去了一半的放射性(衰變為其他元素)。
镥(Lu)是一種稀土元素,在自然形態下是一種銀色金屬,原子序數為71。在稀土元素中,镥的豐度僅高於铥和放射性的钷,但仍比銀常見得多。通常情況下,镥會與金屬元素鐿(Yb)一起出現在地殼中。镥-176是一種比較常見的放射性同位素(佔所有镥同位素的2.5%),半衰期約為380億年,可用於測量隕石的年齡。地球上的镥由镥-175和镥-176兩種同位素組成,其中只有镥-175是穩定的。
20世紀80年代,科學家觀察了镥的同位素镥-151的衰變,發現其會在基態時從原子核中釋放出一個質子。基態是一個原子處於最低能級的狀態,此時電子在離核最近的軌道上運動,這也是原子最穩定的構型。質子發射十分罕見,而镥-151是第一個被觀測到在穩定基態衰變時發射質子的同位素。
研究質子衰變可以讓研究人員窺視原子核的內部,了解質子和中子如何結合在一起。作為這項研究的一部分,於韋斯屈萊大學的物理學博士後研究者卡勒·奧蘭寧及其創造了一種新的镥同位素——镥-149,它的原子核中有71個質子和78個中子。他們發現,镥-149比镥-151更加奇特。首先,镥-149的原子核不是一個整齊的球體,而是一個被壓扁的橢球體,看起來有點像南瓜。這種現像被稱為“扁圓畸變”,而镥-149是迄今為止測量到的畸變最嚴重的原子核。
镥-149的半衰期也明顯短於镥-151的80.6毫秒。據報導,研究人員通過燃燒鎳的同位素鎳-58和釕的同位素釕-96來創造這種新的镥同位素。在研究中,镥-149衰變為鐿148,而鐿148本身也不會存在很長時間,其半衰期為250毫秒。研究人員表示,未來有可能創造出镥-148,其壽命可能比镥-149更長一些。(任天)