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科学家探索元素周期表的极限

(ShutterStock)

即便已经走过了150年,化学元素周期表还依旧在扩充中。2016年,四个原子序数为113、115、117和118的新元素被添加到元素周期表中,分别是Nihonium、Moscovium、Tennessine和Oganesson。确认这些元素耗费了全球各地学者们十年的心血,而现在他们在考虑:元素周期表增长的极限到底是什么?密西根州立大学纳扎雷维茨(Witek Nazarewicz)教授发表在《自然物理学》(Nature Physics)杂志上的一篇论文给出了一些答案。

所有拥有多于104个质子的元素都被称作“超重元素”,它们是化学家、核子物理学家和原子物理学家们正试图发掘的巨大的、不为人知的领域的一部分。

据预测,拥有多达172个质子的原子可以形成一个由核力结合在一起的原子核。核力能阻止它的瓦解,但其作用时长只有几分之一秒。这些实验室制造的原子核非常不稳定,并且会在形成后不久自发衰变。

而对于比Oganesson更重的原子核,这个过程可能非常快,以至于原子核没有足够的时间吸引、捕获电子来形成原子。它们在衰变前将一直以质子和中子的聚集物的形式存在着。

如果真是这样的话,这将挑战当今科学家们定义和理解“原子”的方式;原子将不能再被描述成一个有电子围绕着旋转的原子核,就像行星绕太阳运转一样。至于这些原子核到底能否形成,这仍然是个谜。

科学家们艰难而又稳健地步入该领域,正在合成一个又一个元素,虽然不知道它们会是什么样子,也不知道结果会如何。对元素119的搜寻还在几个机构中继续进行着。如果元素119被确认,它将为元素周期表添加第八个周期。

“核理论无法可靠地预测合成它们所需的最佳条件,所以你必须做出猜想并进行核聚变实验,直到有所发现。这样的话,有可能会花上好几年,”纳扎雷维茨教授说。

另外,还有一个激动人心的问题:超重核能否在太空制造?

有人认为,它们可以在中子星合并中形成,这种恒星碰撞强大到可以真正震动宇宙的结构。在这种有大量中子的恒星环境中,原子核可以与越来越多的中子融合、形成更重的同位素。它将具有相同的质子数,所以还是同一个元素,只不过更重一点。

不过,这种情况下的问题是,重核极不稳定,以至于在捕获更多中子而形成这些超重核之前就会早早分解,从而妨碍它们在恒星中的产生。研究人员希望使用先进的模拟,通过观察合成的元素的状态来看到这些难以捉摸的原子核。

随着实验能力的不断提高,研究人员将追寻这些更重的元素并将其添加到新的元素周期表中。与此同时,他们只能想像这些奇特的体系将会有什么神奇的应用。

“我们面对的挑战是不知道这些元素会是什么样,但是我们迄今为止所了解到的情况,可能意味着我们所熟知的元素周期表的终结,”纳扎雷维奇教授说。◇

阿波罗网责任编辑:夏雨荷 来源:大纪元 转载请注明作者、出处並保持完整。

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