梨形原子核的发现历程及发现意义梨形原子核原子源于《自然》杂志刊载的一篇文章，也曾在一度影院一部电影中出现过，不过不管是文中还是电影中，都论述了一种此前未知的梨形原子核的发现，这种不规则形状的原子核将有望颠覆传统的原子物理理论，并揭开宇宙中物质多于反物质的谜团。
基本信息 Butler和他的同事在欧洲粒子物理学实验室（CERN），使用一种名为REX-ISOLDE的粒子加速器将氡220和镭224的放射性离子加速到光速的10%，发现一些原子的原子核是梨形的而不是球形，它们被称为“梨形原子核”，这种不规则形状的原子核将有望颠覆传统的原子物理理论，并揭开宇宙中物质多于反物质的谜团。
发现历程 利物浦大学的一位物理学家，同时也是这项研究的作者Peter Butler说道，对于那些寻找宇宙组成物质新答案的研究人员来说，这种不稳定的原子核可能会是不错的候选者。然而大多数的原子都拥有球形的原子核，拥有梨形原子核的原子之前就被猜测存在，但是发现它们是相当困难的。
Butler告诉《生命科学》道：“伽马射线的强度会告诉我们激发原子核量子态的可能性，而且那种可能性与原子核内部的电荷分布直接相关。”原子核中正电荷的分布表明原子核是不均衡的。通过对伽马射线的进一步分析，他们能够重建原子核形状。
田纳西大学的一位理论核物理学家Witold Nazarewicz说道，这些发现能够帮助科学家们寻找标准模型之外的物理学现象。特别是，这种梨形的原子核能够帮助我们更好的寻找电偶极矩，或者原子核内部正负电荷的一种非对称性分布。而且电偶极矩将为我们提供一种方式来测试标准模型的拓展理论，比如说超对称性。Nazarewicz告诉《生命科学》道：“有强大的理论表明，梨形原子核内的电偶极矩非常大。这些系统对于未来寻找这种电偶极矩是一个非常理想的场所。”
为了在这方面寻求突破，英国利物浦大学物理学家皮特·巴特勒(Peter Butler)和他的同事们利用设在瑞士-法国边境地区的欧洲核子中心(CERN)的ISOLDE同位素分离器装置进行了研究。在实验过程中，巴特勒的小组向一小块碳化铀物质发射出一束高能质子束。巴特勒表示：“当我们的质子束击中这一材料时产生了大量的同位素粒子。”研究组从这些产物中分离出两种粒子：镭224和氡220。研究组随后收集这些同位素粒子并再次将其发射向第二个靶标，当这些粒子与靶标中的原子核近距离遭遇时，它便会受激并旋转，随后发出伽马射线辐射并损失能量。
在这一过程中，原子核的形状会影响在近距离遭遇时原子核受激的难易程度。伽马射线探测器的数据显示氡220的原子核会在近似圆球形和两头不对称形状之间变动震荡，但是镭224的原子核则的确是一个真正意义上的梨形，不过不是那种细长的梨，而是较为“短脖子”的梨。
发现意义 梨形原子核的发现意义是重大的，找到这两种新的梨形原子核之后，物理学家们便可以从现存的不同理论模型中进行比对并从中排除那些已经可以被证伪的模型了。比如所谓的“群模型”，该模型认为梨形原子核的本质实际上就类似于氦核附着于原本呈球形的其它原子核上，并预言镭较轻的同位素相比其较重的同位素会显示出更加明显的“梨形”特征。然而梨形原子核的实验观测已经证明镭224的梨形特征程度要比镭226更小，这与“群模型”给出的预言相反，这就让这一模型的正确性受到了质疑。另一个名为“平均场模型”的理论，其与实际观测结果更加接近，尽管仍然并不完美。在当下这一阶段还无法非常明确的断言某一理论的正确或谬误，因为设备还不允许进行非常明确的实验检验，但是巴特勒和他的科研组正翘首以盼，等待预计于2015年建成的欧洲核子中心新型的“HIE-ISOLDE”设备投入使用后尽快着手进行这样的验证性实验观测。这台新型设备拥有更高的能级和强度。 本文转载自如需转载请注明出处或来源于360doc。 |
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