當前位置:首頁>科技>氧的“雙幻數”形式挑戰了物理學的基本定律
發布時間:2025-10-22閱讀(5)
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氧是我們生命所必需的元素之一,它由八個質子和八個中子組成。但是,還有其他種類的氧,它們有不同數量的中子。這些不同種類的氧氣被稱為氧的同位素,它們有著相同的原子序數(質子數),但有不同數量的中子,從8個到20個不等。 今天,我要介紹的一種非常特殊的氧同位素,它是氧-28,它有八個質子和二十個中子。這種氧同位素是最重的氧同位素之一,也是最神秘的氧同位素之一。為什么呢?因為它違反了我們對核物理學的一個基本定律。
在原子核中,質子和中子并不是隨意排列的,而是按照一定的規律分層分組。我們可以把原子核想象成一個勢阱,里面有很多能級。質子和中子會填充這些能級,從最低的能級開始。當一個能級開始被填充,就會形成一個殼層。當一個殼層被填滿了,就會形成一個閉殼層。 閉殼層對應著一種特殊的穩定性,因為要從閉殼層移走或加入一個核子,需要付出很大的能量。這些閉殼層對應著一些特殊的數字,叫做幻數。目前,我們已經知道了七個幻數,它們分別是2, 8, 20, 28, 50, 82和126。如果一個原子核的質子和中子的數量都達到幻數,那么我們就說這個原子核是“雙幻數”的。雙幻數原子核是最穩定的原子核之一,它們幾乎可以永遠存在。 根據這個理論,我們可以預測,氧-28應該是一個雙幻數原子核,因為它有八個質子和二十個中子,都是幻數。但是,在實驗上觀察到氧-28并不容易,因為它非常接近于穩定性邊界。并且要制造出氧-28,需要用到非常高能量和高精度的束流和探測器。然而,聰明的科學家還是做到了,他們的實驗發現了一個令人震驚的結果:氧-28根本不穩定,它在形成后的一瞬間就衰變了! 他們的實驗方法是這樣的:首先,他們用鈣-48的束流轟擊一個鈹靶,產生氟-29。然后,他們用氟-29的束流轟擊一個液氫靶,從中敲出一個質子,產生氧-28。然后,實驗者用探測器來檢測這些新生成的氧-28原子。他們發現,這些氧-28原子幾乎沒有存活下來,它們在大約10^-21秒內就衰變成了四個中子和一個氧-24原子。 那么,為什么氧-28會有這樣的行為呢?這是一個非常復雜和有趣的問題,目前還沒有一個確定的答案。但是,科學家提出了一些可能的解釋,并且用一些先進的理論模型來進行了計算和比較。 其中一個解釋是,在非常高的中子過剩度下,原子核內部的核力會發生一些變化,導致一些能級發生移動或混合。這就會破壞原來的殼層結構,使得原來的幻數失效。另一個解釋是,在非常高的中子過剩度下,原子核內部會形成一些新奇的結構,比如中子皮或中子鹵素。這些結構會影響原子核內部的對稱性和密度分布,從而影響原子核的穩定性。 這個結果與我們對強相互作用的理解相矛盾,我們還沒有完全揭開它的奧秘。這個實驗告訴我們,我們對強相互作用的理解還有很大的不足,我們需要重新審視我們的理論模型,或者尋找新的物理定律。這是一個非常有趣和重要的科學問題,它可能會引發一場物理學的革命。摘自: www.ws46.com |
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