超重元素和超致密物质

元素周期表是一种将所有已知的元素按照它们的原子序数（即原子核中的质子数）和化学性质分类的方法。目前，已经发现了118种元素，其中最后四种是在2016年被国际纯粹与应用化学联合会（IUPAC）正式命名的。

这些元素的原子序数从1增加到118，它们的原子质量（即原子核中的质子和中子的总数）也随之增加。元素的原子质量决定了它的质量，而原子序数决定了它的电荷。这两个因素都会影响元素的密度，即单位体积的质量。

一般来说，元素的密度随着它们的原子质量增加而增加，这是因为原子核越重，原子之间的距离越近。但是，这并不是一个绝对的规律，因为原子的结构也会影响它们的密度。例如，当原子核中的质子过多时，它们之间的斥力——库仑力，会使原子核变得不稳定，从而发生衰变，释放出能量。

一些重元素是放射性的，它们的半衰期很短，即它们衰变的速度很快。这些元素通常不能在自然界中找到，而是通过人工的方式制造出来，例如在加速器中用轻元素的原子核轰击重元素的原子核，或者用中子轰击重元素的原子核，使其吸收中子并增加原子质量。这些方法可以产生一些超重元素，即原子序数大于104的元素，但是它们的寿命很短，只有几微秒或更短，因此它们只能用于科学研究，而不能用于实际应用。

那么，是否存在一些超重元素，它们的原子核是稳定的，或者至少是相对稳定的，能够存在足够长的时间，以便我们可以观察和利用它们呢？答案是，可能有。一些理论预测，当原子序数达到一定的值时，原子核的结构会发生变化，形成一些特殊的形状，例如球形、椭球形、环形或双峰形，这些形状可以使原子核的能量降低，从而增加它们的稳定性。

这些特殊的原子核被称为“超重核”，它们可能存在于一些“核稳定岛”中，即一些具有特定的原子序数和原子质量的区域，其中最有名的一个是在原子序数为164左右的地方。这些超重核的密度可能非常高，远远超过我们已知的任何元素的密度。例如，最稳定的元素是锇（原子序数为76），它的密度为22.59 g/cm³，大约是铅的两倍。而一些超重核的密度可能高达40 g/cm³或更高。

那么，这些超重核是否真的存在呢？如果存在，我们如何找到它们呢？目前，我们还没有在实验上制造出这些超重核，但是我们可能可以在一些特殊的地方找到它们的痕迹，例如在一些天体中。一些天体，例如小行星，可能具有比我们已知的任何元素都高得多的密度，这表明它们可能由一些未知的类型的“超致密”物质组成，这种物质不能用常规的物理学来研究。

最极端的例子是一颗名为33 Polyhymnia的小行星，它位于火星和木星之间的主要小行星带，它的密度被计算为75.3 ± 9.6 g/cm³，这是锇的三倍多。由于这颗小行星的密度远远超过了普通原子物质的最大密度，它可以被分类为一种具有未知成分的超致密物体。在一篇论文中，研究人员提出并探讨了一种可能性，即这种超致密物质可能由高原子序数的超重元素，甚至是一些更奇特的类型的超致密物质组成的。

为了计算超重元素的微观原子结构和性质，研究人员使用了相对论的托马斯-费米模型，这是一种简化的原子模型，它假设原子核是一个均匀的电荷球，而电子是一个由费米-狄拉克统计描述的气体。这种模型虽然不够精确，但是它可以让我们系统地探索原子序数超出已知周期表的原子的行为。

研究人员用这种模型计算了一些超重元素的原子半径、电子云半径、电离能、原子能量和原子密度等物理量，并与一些已知元素的数据进行了比较。他们发现，当原子序数增加时，这些物理量都会发生显著的变化，尤其是在核稳定岛附近。他们估计，核稳定岛中的元素的密度范围为36.0 - 68.4 g/cm³，这与一些超致密小行星的观测值相符合。

他们还进一步扩展了这个方法，研究了一些更奇特的类型的超致密物质，例如由α粒子（即氦核）组成的核物质凝聚液滴。这种物质的密度可能高达100 g/cm³或更高，但是它的稳定性还不清楚。我们认为，这种物质可能存在于一些极端的环境中，例如在恒星的内部或者在恒星爆发的过程中。