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？

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天文物理 [color=rgba(0, 0, 0, 0.3)]Today

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