透過探索超重元素和理論上的”穩定島”，來自全球領先機構的科學家們正在推進我們對元素週期表的理解。他們的研究在著名科學刊物上重點發表，旨在揭示質子數超過103 個的元素的特性，並透過理論模型預測它們的行為。這項工作有望拓展元素週期表的邊界，並對一系列科學領域產生影響。

來自紐西蘭梅西大學（Massey University）、德國美因茨大學（University of Mainz）、法國索邦大學（Sorbonne University）和稀有同位素加速器（FRIB）的科學家們討論了元素週期表的極限，並結合超重元素研究的最新進展對”穩定島”的概念進行了修正。他們的工作是2024 年2 月《自然-物理學評論》的封面專題。

除了《自然-物理評論》的專題報導外，《物理報告》還發表了一篇關於超重元素原子電子結構理論的評論。

尋找超重元素

什麼是最重的結合原子核和最重的結合原子，它們有什麼特性？質子數超過103 個的化學元素核稱為”超重核”。它們是科學家正在努力揭示的這些原子核的廣闊未知領域的一部分。探索這一未知領域為連接廣泛科學領域的發現提供了前景。

目前正在建造的新的實驗設施可以幫助科學家揭示原子及其原子核在電子、質子和中子數量非常大的情況下的特性。這些設施將在原子序數和質量的極限上創造出新的元素和核素。

研究圖片。圖片來源：《自然-物理評論》2024 年2 月刊，封面設計：Susanne Harris

超重原子核的產生率極低。從這些實驗中獲得的物理和化學數據表明，超重原子核偏離了輕元素和同位素。這讓科學家質疑，元素週期表和核能表的邊界還能擴大多少。評估是否存在”擴展穩​​定半島”也是一個科學目標，在這個半島上，超重原子核的壽命可能超過迄今為止發現的壽命極短的原子核。

超重元素的理論進展與未來

此外，原子結構理論的進展集中在超重元素及其預測的電子基態構型，這對元素在週期表中的位置非常重要。

“由於存在巨大的靜電力，超重原子中的電子以接近光速的速度運動，”論文作者之一、約翰-A-漢納物理學特聘教授、FRIB首席科學家維特克-納扎雷維茨（Witek Nazarewicz）說。 “超重原子核中非常強的庫侖力也會產生新的效應。這對原子和核理論來說是一場新的球賽”。

在FRIB，科學家將研究如何更接近位於穩定性增強區域的超重原子核。許多超重核目前無法測量，因此有關它們的資訊必須來自理論推斷。 FRIB 的核子理論家利用高效能運算和機器學習輔助下的先進模型對超重核進行預測。

研究元素週期表和超重區的核狀況將產生新的想法和方法，對核子物理學、原子物理學、天文物理學和化學產生影響。

編譯自: ScitechDaily