發(fā)生在中子星的爆炸，是如何讓原子核產(chǎn)生的？原子核內(nèi)部發(fā)生了什么？

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由馬薩諸塞州洛厄爾大學(xué)核物理學(xué)家領(lǐng)導(dǎo)的一項發(fā)現(xiàn)，可能會改變科學(xué)家對原子的理解，并有助于解釋外層空間的極端現(xiàn)象。這一突破揭示了存在于原子核中的對稱性，并不像科學(xué)家認(rèn)為的那樣基本。這一發(fā)現(xiàn)揭示了原子核內(nèi)的作用力，為更好地理解宇宙打開了大門，其研究發(fā)現(xiàn)發(fā)表在《自然》期刊上。

這一發(fā)現(xiàn)是在馬薩諸塞州洛厄爾大學(xué)領(lǐng)導(dǎo)的團隊，致力于確定X射線爆發(fā)（發(fā)生在中子星表面的爆炸）中原子核是如何產(chǎn)生的，中子星是大質(zhì)量恒星生命末期的殘留物。該研究小組的負(fù)責(zé)人、加州大學(xué)馬薩斯分校洛厄爾分校物理學(xué)助理教授安德魯·羅杰斯說：我們正在研究這些原子的原子核內(nèi)部發(fā)生了什么，以更好地理解這些宇宙現(xiàn)象，并最終回答科學(xué)上最大的問題之一：化學(xué)元素是如何在宇宙中產(chǎn)生的？

這項研究得到了美國能源部對馬薩諸塞州洛厄爾大學(xué)的資助，由密歇根州立大學(xué)國家超導(dǎo)回旋實驗室(NSCL)進(jìn)行。在實驗室里，科學(xué)家們創(chuàng)造了奇異的原子核來測量它們的性質(zhì)，以便了解它們作為物質(zhì)、宇宙和生命本身基石所扮演的角色。原子是物質(zhì)的一些最小單位，每個原子都包括圍繞其核心深處微小原子核運行的電子，原子核幾乎包含了其所有的質(zhì)量和能量。

質(zhì)子數(shù)決定了原子屬于元素周期表上的哪種元素，從而決定了原子的化學(xué)組成。一種元素的同位素具有相同數(shù)目的質(zhì)子，但具有不同數(shù)目的中子。在NSCL，原子核被加速到接近光速，并被粉碎成碎片，產(chǎn)生了一種罕見的同位素鍶-73，這在地球上不是自然存在的，但在中子星表面猛烈的熱核X射線爆發(fā)期間可以短暫存在，鍶的這種同位素含有38個質(zhì)子和35個中子，壽命只有零點幾秒。

研究小組日以繼夜地工作了八天，創(chuàng)造了400多個鍶-73原子核，并將它們與溴-73的已知性質(zhì)進(jìn)行了比較，溴-73是一種含有35個質(zhì)子和38個中子的同位素。隨著質(zhì)子和中子數(shù)目的互換，溴-73核被認(rèn)為是鍶-73核的“鏡像伙伴”。由于質(zhì)子和中子之間的相似性，原子核中存在鏡像對稱性，這是科學(xué)家理解核物理的基礎(chǔ)。大約每隔半小時，研究人員就會制造一個鍶-73原子核，將其運送到NSCL的同位素分離器中。

然后將該原子核停在一個復(fù)雜探測器陣列的中心，在那里可以觀察到它的行為。通過研究這些原子核的放射性衰變，科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)鍶-73的行為與溴-73完全不同，這一發(fā)現(xiàn)提出了關(guān)于核力的新問題。研究發(fā)現(xiàn)，鍶-73和溴-73在結(jié)構(gòu)上應(yīng)該是相同的，但令人驚訝的是并非如此。探測自然界中存在的對稱性，對物理學(xué)家來說是一個非常強大的工具。當(dāng)對稱性被破壞時，這表明我們的理解有問題，需要更仔細(xì)地觀察。

研究的主要作者，馬薩諸塞州洛厄爾大學(xué)大學(xué)副研究員丹尼爾·霍夫說：科學(xué)家們所看到的將挑戰(zhàn)核理論。比較鍶-73和溴-73的原子核就像看著鏡子，認(rèn)不出自己，一旦確信我們看到的是真的，就非常興奮。作為團隊研究的一部分，最先進(jìn)的理論計算由密歇根州立大學(xué)研究助理王思敏進(jìn)行，并由密歇根州立大學(xué)(MSU)著名物理學(xué)教授、將于明年開放的稀有同位素光束設(shè)施(FRIB)首席科學(xué)家威托德·納扎雷維奇指導(dǎo)。

博科園｜研究/來自：馬薩諸塞州洛厄爾大學(xué)

參考期刊《自然》

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