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科学家成功合成铹的第14个同位素******

　　超镄新核素铹-251不仅是近20年来科研人员首次直接合成的铹的新同位素，也是迄今为止合成的中子数N为148的最重同中子异位素。铹-251具有α衰变性，可以发射出两个不同能量的α粒子。

　　超重元素的合成及其结构研究是当前原子核物理研究的一个重要前沿领域。铹是可供合成并进行研究的一种超镄元素，引起了人们极大的兴趣。

　　近日，科研人员利用美国阿贡国家实验室充气谱仪（AGFA）成功合成了超镄新核素铹-251。相关成果发表于核物理学领域期刊《物理评论C》。

　　此次合成铹的新同位素，运用了什么技术方法？合成得到的铹-251，具有什么基本特征？合成的铹-251对于物理、化学等学科的研究来说具有什么意义？针对上述问题，记者采访了这一工作的主要完成人之一，中国科学院近代物理研究所副研究员黄天衡。

　　不断进行探索，再次合成铹同位素

　　铹的化学符号为Lr，原子序数为103，是第11个超铀元素，也是最后一个锕系元素。“一般来说，原子序数大于铹的元素被称为超重元素。”黄天衡介绍。

　　质子数相同而中子数不同的同一元素的不同核素互称为同位素。同一种元素的同位素在化学元素周期表中占有同一个位置，同位素这个名词也因此而得名。

　　103号元素由阿伯特·吉奥索等科研人员于1961年首次合成。为纪念著名物理学家欧内斯特·劳伦斯，103号元素被命名为铹。锕系元素是元素周期表ⅢB族中原子序数为89—103的15种化学元素的统称，其中，铹元素在锕系元素中排名最后。

　　截至目前，科研人员们共合成了铹的14个同位素，质量数分别为251—262、264、266。目前合成的铹的14个同位素中，铹-251至铹-262是在实验中通过熔合反应直接合成的，铹-264和铹-266则是将原子序数更高的核素通过衰变生成的。

　　目前，铹的化学研究中最常使用的同位素是铹-256和铹-260。科研人员通过化学实验证实铹为镥的较重同系物，具有+3氧化态，可以被归类为元素周期表第七周期中的首个过渡金属元素。由于铹的电子组态与镥并不相同，铹在元素周期表中的位置可能比预期的更具有波动性。在核结构研究方面，受限于合成截面等原因，目前的研究仅集中在铹-255上。然而即使是铹-255，其结构能级的指认目前也还存有争议。

　　通过熔合反应，形成新的原子核

　　铹和其他原子序数大于100的超镄元素一样，无法通过中子捕获生成。目前铹只能在重离子加速器中通过熔合反应合成。由于原子核都具有正电荷而会相互排斥，因此，只有当两个原子核的距离足够近的时候，强核力才能克服上述排斥并发生熔合。粒子束需要通过重离子加速器进行加速。在轰击作为靶的原子核时，粒子束的速度必须足够大，以克服原子核之间的排斥力。

　　“仅仅靠得足够近，还不足以使两个原子核发生熔合。两个原子核更可能会在极短的时间内发生裂变，而非形成单独的原子核。”黄天衡介绍，如果这两个原子核在相互靠近的时候没有发生裂变，而是熔合形成了一个新的原子核，此时新产生的原子核就会处于非常不稳定的激发态。为了达到更稳定的状态，新产生的原子核可能会直接裂变，或放出一些带有激发能量的粒子，从而产生稳定的原子核。

　　在此次实验中，科研人员利用美国阿贡国家实验室ATLAS直线加速器提供的钛-50束流轰击铊-203靶，通过熔合反应合成了目标核铹-251。这个新的原子核产生后，会和其他反应产物一起被传输到充气谱仪（AGFA）中。在充气谱仪（AGFA）中，铹-251会被电磁分离出来，并注入到半导体探测器中。探测器会对这个新原子核注入的位置、能量和时间进行标记。

　　“如果这个原子核接下来又发生了一系列衰变，这些衰变的位置、能量和时间将再次被记录下来，直至产生了一个已知的原子核。该原子核可以由其所发生的衰变的特定特征来识别。”黄天衡说。根据这个已知的原子核以及之前所经历的系列连续衰变的过程，科研人员可以鉴别注入探测器的原始产物是什么。

　　超镄新核素铹-251不仅是近20年来科研人员首次直接合成的铹的新同位素，也是迄今为止合成的中子数N为148的最重同中子异位素（具有相同中子数的核素），还是利用充气谱仪（AGFA）合成的首个新核素。目前的实验结果表明，铹-251具有α衰变性，可以发射出两个不同能量的α粒子。

　　拓展新的领域，推动超重核理论研究

　　由于形变，若干决定超重核稳定岛位置的关键轨道能级会降低到质子数Z约等于100、中子数N约等于152核区的费米面附近。对于这一核区的谱学研究可以对现有描述稳定岛的各个理论模型进行严格检验,从而进一步了解超重核稳定岛的相关性质。由于上述原因，对于这一核区的谱学研究是当下探索超重核结构性质的热点课题。

　　此前的理论模型均无法准确地描述这一核区铹的质子能级演化，相关的实验数据十分有限。“本次实验的初衷为把铹的结构研究进一步拓展到丰质子区，尝试开展系统性的研究。”黄天衡表示。

　　研究结果表明，形成超重核稳定岛的关键质子能级在铹的丰质子同位素中存在能级反转现象。此外，研究人员还通过推转壳模型下粒子数守恒方法（PNC-CSM）较好地描述了这一现象，并指出了ε_6形变在这一核区的质子能级演化中起到的重要作用。

　　“此次研究指出了ε_6形变在铹的丰质子核区的质子能级演化中起到的重要的作用，对现有的理论研究提出了新的挑战，将推动超重核领域相关理论研究的发展。”黄天衡说。（记者颉满斌）

三体母星半人马座阿尔法星 为何受到科幻题材作品热捧？******

　　“三体”运动有没有解？这是科幻小说《三体》一开始就引入思考的问题。随着电视剧《三体》剧情推进，将展示一个距离地球4光年外有高等智慧生命存在的星系，一颗经历了无数次毁灭与重生、在三颗无规律运动“太阳”的包围下艰难存在的星球，它被称为“三体星”。

　　现实世界的“三体”真实存在，并很早就为人类所熟悉，那就是距离我们最近的恒星系统——半人马座阿尔法星，这不仅是刘慈欣《三体》的原型，也是卡梅隆《阿凡达》中巨大气态行星“波吕斐摩斯”及其炎热的卫星“潘多拉”的灵感来源。此外，在《流浪地球》中，地球“流浪”的目的地，也是半人马座。

　　在不少文学、影视和其他文艺形式幻想中，半人马座阿尔法星都是“宠儿”一般的存在，它有着怎样的魅力和光环，让这么多顶级的作者倾慕于它？

　　三颗“太阳”包围的世界

　　距太阳系最近的恒星系统

　　半人马座阿尔法星是一个三星系统，也是距离太阳最近的恒星系统。科学家们将这三颗星分别命名为半人马座阿尔法星A、半人马座阿尔法星B以及比邻星。比邻星，顾名思义，就是离我们最近的一颗恒星，距离太阳系4.22光年。

　　在这个三星系统里的另外两颗恒星，距离我们则相对较远。在《阿凡达》中，故事发生的“波吕斐摩斯”星就是围绕半人马座阿尔法星A运转，是一颗巨型气体行星，类似于太阳系的木星。而“潘多拉”则是围绕“波吕斐摩斯”的卫星。

　　但是早在2008年，国外科学家就通过观测，排除了半人马座阿尔法星附近有类似木星或土星大小的行星存在的可能性。同时，也与《三体》中描述的无规律三星运行不同，半人马座阿尔法星的三颗恒星，是一个能够预测轨迹的相对简单的系统。

　　为何幻想题材总是把目光聚焦于此，这可能和我们对这个“邻居”的密切研究有关。因为离得近，获得的科学信息就显得更加可靠。早期的天文研究就发现，半人马座阿尔法星极有可能孕育生命。

　　因此，带着对地外文明的渴求，越来越多的科学研究将目光投于此星系。在2016年，科学家们在比邻星的周围发现了一颗类地行星——比邻星b，它处于恒星系统的宜居带，大小与地球相似，上面极有可能拥有液态水，一些乐观的科学家们甚至还怀疑上面有生命存在。

　　比邻星b的发现可以说是振奋人心的突破性发现，因为它距离我们相对很近。这意味着在可预见的未来，我们是有能力发射探测器前往这颗星球的，人类可以勘测这颗星球表面是否有液态水甚至生命的存在。而比邻星自身也是一颗相对稳定的“太阳”，作为一颗红矮星，它正处于“太阳”的青年时期，在没有意外的情况下其寿命要大于太阳。

　　霍金曾提“突破摄星”计划

　　有望20年飞抵比邻星

　　对于比邻星的探索，人类早已不只停留在理论。尤其当它离我们相对其他星系更近，在要“凑过去”看一看的好奇心驱使下，让我们的科学不断前进。

　　2016年4月，科学家霍金宣布启动一项名为“突破摄星”的星际计划，他同时也在微博上和网友进行了交流，而这项计划，正是通过发射宇宙探测器冲出太阳系，将人类的视野带往离我们最近的半人马座阿尔法星。

　　这个计划一经公布，令全球民众感到振奋。但就目前最新消息来看，“突破摄星”依然还停留在理论研究阶段，在工程实现上，还存在很多风险因素。

　　简单来说，“突破摄星”计划，是利用“纳米飞行器”，在短短几分钟内加速到光速的五分之一，即每秒飞行6万公里。这样，只需要二三十年的时间，人类飞行器就能到达比邻星。但是在此以前，人类历史上最快的飞行器，每秒大约只能飞行20公里。

　　如何让“纳米飞行器”升空？如何让它以光速的五分之一持续飞行？又如何保证在漫长的20年星际旅途中规避太空风险？这些问题在理论上已得到突破，但在现实工程领域，还有漫长的道路要走。

　　目前，有消息称，科学家计划在2060年实现这一计划，真正冲出太阳系。

　　华西都市报-封面新闻记者 徐语杨

　　(《华西都市报》 2023年01月19日  A16)

　　（文图：赵筱尘 巫邓炎）