发生在中子星的爆炸，如何让原子核产生？原子核内部发生了什么？

wuqunce

由马萨诸塞州洛厄尔大学核物理学家领导的一项发现，可能会改变科学家对原子的理解，并有助于解释外层空间的极端现象。这一突破揭示了存在于原子核中的对称性，并不像科学家认为的那样基本。这一发现揭示了原子核内的作用力，为更好地理解宇宙打开了大门，其研究发现发表在《自然》期刊上。


这一发现是在马萨诸塞州洛厄尔大学领导的团队，致力于确定X射线爆发（发生在中子星表面的爆炸）中原子核是如何产生的，中子星是大质量恒星生命末期的残留物。该研究小组的负责人、加州大学马萨斯分校洛厄尔分校物理学助理教授安德鲁·罗杰斯说：我们正在研究这些原子的原子核内部发生了什么，以更好地理解这些宇宙现象，并最终回答科学上最大的问题之一：化学元素是如何在宇宙中产生的？


这项研究得到了美国能源部对马萨诸塞州洛厄尔大学的资助，由密歇根州立大学国家超导回旋实验室(NSCL)进行。在实验室里，科学家们创造了奇异的原子核来测量它们的性质，以便了解它们作为物质、宇宙和生命本身基石所扮演的角色。原子是物质的一些最小单位，每个原子都包括围绕其核心深处微小原子核运行的电子，原子核几乎包含了其所有的质量和能量。


质子数决定了原子属于元素周期表上的哪种元素，从而决定了原子的化学组成。一种元素的同位素具有相同数目的质子，但具有不同数目的中子。在NSCL，原子核被加速到接近光速，并被粉碎成碎片，产生了一种罕见的同位素锶-73，这在地球上不是自然存在的，但在中子星表面猛烈的热核X射线爆发期间可以短暂存在，锶的这种同位素含有38个质子和35个中子，寿命只有零点几秒。


研究小组日以继夜地工作了八天，创造了400多个锶-73原子核，并将它们与溴-73的已知性质进行了比较，溴-73是一种含有35个质子和38个中子的同位素。随着质子和中子数目的互换，溴-73核被认为是锶-73核的“镜像伙伴”。由于质子和中子之间的相似性，原子核中存在镜像对称性，这是科学家理解核物理的基础。大约每隔半小时，研究人员就会制造一个锶-73原子核，将其运送到NSCL的同位素分离器中。


然后将该原子核停在一个复杂探测器阵列的中心，在那里可以观察到它的行为。通过研究这些原子核的放射性衰变，科学家们发现锶-73的行为与溴-73完全不同，这一发现提出了关于核力的新问题。研究发现，锶-73和溴-73在结构上应该是相同的，但令人惊讶的是并非如此。探测自然界中存在的对称性，对物理学家来说是一个非常强大的工具。当对称性被破坏时，这表明我们的理解有问题，需要更仔细地观察。


研究的主要作者，马萨诸塞州洛厄尔大学大学副研究员丹尼尔·霍夫说：科学家们所看到的将挑战核理论。比较锶-73和溴-73的原子核就像看着镜子，认不出自己，一旦确信我们看到的是真的，就非常兴奋。作为团队研究的一部分，最先进的理论计算由密歇根州立大学研究助理王思敏进行，并由密歇根州立大学(MSU)著名物理学教授、将于明年开放的稀有同位素光束设施(FRIB)首席科学家威托德·纳扎雷维奇指导。


博科园｜研究/来自：马萨诸塞州洛厄尔大学
参考期刊《自然》
博科园｜科学、科技、科研、科普
关注【博科园】看更多大美宇宙科学