物理学家发现重稀土元素的全新同位素

在一项涉及重元素碎片化的里程碑式实验中，出现了前所未见的构成原子核的粒子比例。

通过分解铂的原子核，密歇根州立大学的奥列格·塔拉索夫（Oleg Tarasov）领导的物理学家发现了稀土元素铥、镱和镥的新同位素。科学家们认为，这一成就将帮助他们了解富中子原子核的性质以及在中子星碰撞中形成新元素的过程。

研究人员说，这项工作还展示了密歇根州立大学最近完成的稀有同位素束设施（FRIB）的力量，该设施于2022年6月进行了首次实验。

并非所有形式的元素都是一样的。每个原子核都由许多称为核子的亚原子粒子组成——质子和中子。质子数在元素的所有形式中是一致的，并赋予该元素原子序数。

然而，中子的数量可能会有所不同。这些变化决定了元素的同位素。

所有元素都有许多同位素，这些同位素的形成具有不同程度的稳定性。有些衰变得非常快，在一阵电离辐射中分解成较轻的元素。有些人只是在完美的稳定性下闲逛。了解不同的同位素以及它们的行为方式，有助于科学家弄清楚宇宙是如何制造元素的，并估计这些元素在空间和时间上的丰度。

为了锻造他们的新同位素，塔拉索夫和他的同事们开始使用一种具有120个中子的铂同位素，称为¹⁹⁸Pt. 标准铂金具有117个中子;使用较重的同位素可以改变原子核碎片的方式。

他们将这些原子放置在FRIB中，FRIB使用重离子加速器来破坏原子核。稀有同位素的光束以大于光速一半的速度向目标发射。当它们击中目标时，这些同位素会碎裂成较轻的原子核同位素;然后，物理学家可以检测和研究这些同位素。

在碎片化的¹⁹⁸Pt，塔拉索夫的团队发现¹⁸²Tm 和¹⁸³Tm，分别有 113 个和 114 个中子;标准铥有69个中子.他们还发现¹⁸⁶Yb 和¹⁸⁷Yb，分别有 116 个和 117 个中子;标准镱有103个中子.最后，他们找到了¹⁹⁰Lu，有119个中子;标准镥具有104个中子.

这些同位素中的每一种都在加速器的多次运行中被看到。研究人员说，这意味着FRIB可用于研究迄今为止一直被忽视的重元素的富含中子的同位素的合成 - 不是因为缺乏兴趣，而是创造和检测它们的能力。

反过来，这可以帮助我们理解剧烈的宇宙事件如何锻造宇宙中最重的元素。宇宙中任何比铁重的东西只能在极端条件下产生，例如在超新星中看到的极端条件，以及中子星之间的碰撞.

一种核合成过程见于中子星碰撞是快速的中子捕获过程，或R-流程.这种情况发生在以下情况下原子核迅速膨胀在千新星爆炸期间释放的自由漂浮中子，开始转化为更重的元素。这就是我们获得黄金、锶、铂和其他重金属的方式。

他们说，该团队的实验非常接近于重现r过程。这意味着我们可能很快就会有一种工具，可以复制在宇宙中一些最剧烈的事件中看到的核合成途径之一。

研究人员说：“FRIB的独特能力，包括能量超过国家超导回旋加速器实验室提供的非常强的初级光束，使其成为探索中子数N = 126及以上区域的理想设施写.

“FRIB的研究人员可以利用这些反应来产生、识别和研究新同位素的性质，为核物理学、天体物理学的进步以及我们对物质基本特性的理解做出贡献。

该研究已发表在物理评论快报.

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