已知寿命最短的超重原子核

我们知道，原子核是由质子和中子构成的。质子和中子在强力的作用下紧紧地束缚在一起。然而，当质子数量过多时，原子核会因质子间的电磁斥力而面临分裂的风险，为超重元素的形成带来了巨大的挑战。

一般说来，超重核都会在极短的时间内（百万分之一秒以内）衰变，这使得研究人员很难通过实验直接测量寿命更短的核素。不过，有一个“技巧”或许可以在有的情况下被借用：某些受量子效应稳定的激发态，即所谓的处于同核异能态的核素，往往具有更长的寿命。事实上，这些同核异能素在形状变形的超重核中广泛存在，为探索这些短寿命的原子核提供了可能性。

在一项新发表于《物理评论快报》上的研究中，研究人员测量了一种名为𬬻-252（Rf-252）同位素的半衰期仅为60纳秒（1纳秒 = 1×10⁻⁹秒）。这是目前已知寿命最短的超重原子核。

  合成与测量  

在新的研究中，物理学家使用GSI/FAIR UNILAC加速器生成钛-50（Ti）离子束，并利用成钛-50离子束轰击由铅-204（Pb）制成的靶材。他们通过调节四种不同能量的离子束，诱导𬬻-254的聚变：通过发射一个中子形成𬬻-253，或通过发射两个中子形成𬬻-252。

随后，这些核素和其他反应产物被引入一个充满气体的反冲分离器中。在这个装置中，磁体通过动量电荷比，将目标核素与其他不需要的产物分开。一旦完成分离，𬬻同位素就会在0.6微秒（1微秒 = 1×10⁻⁶秒）的飞行时间里，沿着装置内的通道移动约3.5米，最后被植入硅探测器中进行测量。

研究表明，在最大束流能量下，𬬻-252的产量最为显著。最终，研究团队共观测到27个𬬻-252离子，其表观半衰期为13微秒。通过先进的检测和数据采集系统，研究人员发现13微秒的寿命主要归因于𬬻-252的激发态（同核异能态），而基态仅在60纳秒内就发生自发裂变。

  意义与展望  

这一结果刷新了已知超重核寿命的下限，比此前记录短了近两个数量级。研究团队指出，正是由于𬬻-252的激发态存在较长的寿命，才使得其基态的短寿命得以被观测和测量。

𬬻-252是最缺乏中子的𬬻同位素。这一发现为改进𬬻裂变行为的理论模型提供了重要数据，同时也为预测富含中子的超重核裂变半衰期提供了参考。这些核素与著名的r过程密切相关，这一核合成过程产生了超过半数比铁重的元素。然而，迄今为止，r过程的超重核仍未在实验室中成功合成。

可以说，这一结果为研究同核异能态、反向裂变稳定性（激发态比基态更稳定）以及超重核同位素边界奠定了新的基准。未来，研究团队计划探索下一元素𬭳（Sg，106号元素）的反向裂变稳定性，进一步合成寿命低于1微秒的𬭳同位素。‍