来自增强稳定性之岛的问候元素周期表极限的探索

发布时间：2024-02-20 17:16:05 栏目：综合精选

导读 GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung、亥姆霍兹美因茨研究所和约翰内斯·古腾堡美因茨大学联合新闻稿自世纪之交以来，

GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung、亥姆霍兹美因茨研究所和约翰内斯·古腾堡美因茨大学联合新闻稿



自世纪之交以来，已经发现了六种新的化学元素，并随后被添加到元素周期表中，这是化学的标志。这些新元素的原子序数高达 118，并且比地球上大量发现的原子序数最高的元素铀 (92) 重得多。这就提出了一些问题，例如还有多少超重物质等待被发现，这些元素产生的根本限制(如果有的话)在哪里，以及所谓的增强稳定性岛的特征是什么。在最近的一篇评论中，最重元素及其原子核的理论和实验化学和物理学专家总结了主要挑战，并对新的超重元素和元素周期表的极限提出了新的看法。其中一位是来自达姆施塔特 GSI Helmholtzzcentrum für Schwerionenforschung、美因茨约翰内斯古腾堡大学和美因茨亥姆霍兹研究所 (HIM) 的 Christoph Düllmann 教授。世界领先的高影响力期刊《自然评论物理学》在其二月号中将这一主题作为封面故事。

超重核稳定岛的可视化

早在上世纪上半叶，研究人员就意识到原子核的质量小于其质子和中子成分的总质量。这种质量差异决定了原子核的结合能。一定数量的中子和质子会产生更强的结合，被称为“魔法”。事实上，科学家很早就观察到质子和中子在类似于电子壳的单独壳中运动，其中金属铅的原子核最重，完全充满的壳包含82个质子和126个中子——一个双魔核。早期的理论预测表明，远离当时已知的原子核的下一个“神奇”数字的额外稳定性可能会导致与地球年龄相当的寿命。这导致了所谓的超重核稳定岛的概念，该岛与铀及其邻居被不稳定的海洋隔开。

有许多关于稳定岛的图形表示，将其描绘成一个遥远的岛屿。自这张图片出现以来已经过去了几十年，所以现在是时候重新审视超重核的稳定性，看看通向质量和电荷极限的旅程可能会引导我们走向何方。在他们最近题为“寻找超重元素和元素周期表的极限”的论文中，作者描述了这些超重元素领域的当前知识状况和最重要的挑战。他们还提出了未来发展的关键考虑因素。

直至 Oganesson(118 号元素)的元素已在世界各地的加速器设施中通过实验生产、命名并包含在元素周期表中，例如位于达姆施塔特的 GSI 以及未来在 FAIR(正在建设的国际加速器中心)。 GSI。这些新元素非常不稳定，最重的元素最多在几秒钟内就会分解。更详细的分析表明，它们的寿命向神奇中子数 184 增加。例如，在 GSI 发现的白(元素 112)中，寿命从不到千分之一秒增加到 30 秒。然而，距离达到中子数184还有很长的路要走，所以30秒只是一步之遥。由于理论描述仍然容易存在很大的不确定性，因此对于最长寿命将出现在哪里以及寿命有多长，目前还没有达成共识。然而，人们普遍认为，真正稳定的超重核已经不再是可期的。

修改超重元素图

这导致超重景观在两个重要方面发生改变。一方面，我们确实到达了增稳区的海岸，从而通过实验证实了增稳岛的概念。另一方面，我们还不知道这个区域有多大——根据图片来看。最大寿命有多长，岛上山脉的高度通常代表稳定性，最长寿命会出现在哪里? 《自然评论物理学》论文讨论了相关核和电子结构理论的各个方面，包括实验室或天体物理事件中超重核和原子的合成和检测、它们的结构和稳定性，以及当前和预期超重元素的位置。元素周期表。

对超重元素的详细研究仍然是达姆施塔特 GSI 研究计划的重要支柱，并得到 HIM 和美因茨约翰内斯古腾堡大学的基础设施和专业知识的支持，为此类研究形成了独特的环境。在过去的十年中，取得了多项突破性成果，包括对其生产的详细研究，从而确认了117号元素，并通过各种实验技术发现了相对长寿的同位素lawrencium-266及其核结构，它们的原子壳层结构及其化学性质，其中铕(元素 114)代表现有化学数据中最重的元素。对宇宙中产生的计算，特别是在两颗中子星合并期间的计算，正如 2017 年首次通过实验观察到的那样，使研究组合更加完善。未来，借助新型直线加速器 HELIAC，对超重元素的研究可能会更加高效，该加速器的第一个模块最近在 HIM 组装，然后在达姆施塔特成功进行了测试，因此更进一步，甚至更奇特，因此可能更长活核也可以通过实验实现。有关 GSI 元素发现和首次化学研究的概述，请参阅 2022 年 5 月发表的文章“GSI 超重元素发现和化学研究的五年”。