走进科学
新的氧同位素或颠覆核物理“魔数”理论
概要：
研究发现了氧-28这种同位素，它的行为与传统理论不符。通常认为，当质子或中子的数量达到特定数目时，原子会变得稳定，这被称为“魔数”。然而，氧-28的不稳定性表明原子核壳层可能没有完全填满，这对于20是否是一个“魔数”产生了疑问。此外，类似的现象也在其他同位素中观察到，如氖、钠和镁。科学家们表示，进一步的研究需要观察原子核在更高能态下的行为，以更好地理解这一现象。这项研究为我们对原子核的认识提出了新的挑战。
科学家们首次观察到一种新的氧同位素，其行为可能对原子核物理学中的“魔数”提出质疑。
想象一下，如果你能够看到原子的内部，核心是包含质子和中子的亚原子粒子的核。质子的数量决定了元素的性质。例如，氧气就有八个质子。然而，原子中的中子数量可以不同，从而形成不同的同位素。
新观测到的这种氧就是一种这样的同位素——氧-28，它有20个中子。在放射性同位素束工厂，一个科学家团队首次成功地产生了氧-27和氧-28。
他们首先向一团铍射击另一种同位素元素钙-48。这产生了比原始元素质子和中子更少的较轻原子。然后科学家们从较轻的原子中分离出氟-29，并将其与液态氢碰撞，击出了制造氧-28所必需的质子。
然而，当氧-28迅速衰变为另一种同位素时，科学家们感到惊讶，这与原子核物理学关于原子稳定性的假设相矛盾。
元素及其同位素拥有“魔数”。当一个原子中的质子数或中子数满足所谓的核壳层配额时，就达到魔数,使原子稳定。如果一个原子的质子和中子都达到魔数，则被认为是“双魔数”。地球上最丰富的氧同位素氧-16就是这样一例公认的双魔数。
对于质子来说，8是一个魔数，而对于中子来说，20是一个魔数，因此预计氧-28将是这些双魔数同位素之一。然而，它的不稳定性使科学家们得出结论，核壳层没有填满，因此对于20是否真的是一个魔数产生了怀疑。这也可以解释为什么氧-28很长时间以来一直难以观察到。
氧-28并不是唯一一个20个中子不再被认为是魔数的同位素。在所谓的反魔岛现象中，氖、钠和镁的同位素中也有20个中子，同样显示出核壳层未闭合的特征。
在氧-28的情况下，参与研究的科学家们提出，进一步的研究需要观察原子核处于更高能态时的情况。这可能有助于更好地理解为什么20可能并不是一个魔数。
该研究发表在《自然》杂志上。
本文译自 IFLScience，由 BALI 编辑发布。