两个新发现的同位素：富质子核子的稳定性研究

原子核是由质子和中子组成的，它们被强相互作用力紧紧地粘在一起。但是，不是所有的核子都是平等的。有些核子比其他核子更稳定，更容易存在。这些核子的质子数或中子数恰好等于一些特殊的数字，比如2，8，20，28，50，82，126等。这些数字被称为幻数，因为它们具有一些奇妙的性质。

幻数的一个重要性质是，当一个核子的质子数或中子数等于一个幻数时，它的最外层的核子就会填满一个完整的能级。这就像电子在原子中的情况一样，当电子填满一个壳层时，原子就会变得更稳定。这种情况下，我们说这个核子是闭壳层的。闭壳层的核子比其他核子更难被分裂或衰变，因为它们的结合能更高，需要更多的能量才能打破它们。

幻数的另一个重要性质是，当一个核子的质子数和中子数都等于一个幻数时，它就会变得更加稳定，甚至可以超越其他核子的稳定性。这种情况下，我们说这个核子是双幻数的。双幻数的核子是一些最稳定的核子，它们的寿命可以达到几十亿年，甚至永远不衰变。例如，铅-208（82个质子和126个中子）就是一个双幻数的核子，它是所有核子中最重的稳定核子。

新发现的同位素

幻数的理论是基于一个简单的假设，即核子在原子核中的运动可以用一个球形的势阱来描述。这个势阱的形状和大小取决于核子的总数。然而，这个假设并不总是成立的。有些核子的形状并不是球形的，而是椭球形的，或者有些其他的变形。这些变形会影响核子的能级和稳定性，导致一些新的幻数的出现，或者一些旧的幻数的消失。这些现象在核子的两个极端，即富中子和富质子的情况下，尤为明显。

最近，在中国科学院近代物理研究所的强流重离子加速器上，成功地合成了两种新的富质子核子，即锇-160（76个质子和84个中子）和钨-156（74个质子和82个中子）。这两种核子都是通过将镉-106和镍-58的原子核碰撞在一起，然后剥离掉四个中子的方式产生的。这个过程非常复杂，因为它需要精确地控制碰撞的能量和角度，以及有效地分辨和检测产生的核子。

锇-160和钨-156的发现是非常重要的，因为它们揭示了一个有趣的现象，即N=82的幻数在富质子核子中变得更强。N=82是一个非常重要的幻数，它对应于中子的第六个能级的填满。在中子数接近或等于82的核子中，这个能级会形成一个很大的能隙，使得核子的结合能显著增加，从而增强了核子的稳定性。

然而，当我们继续增加质子数，减少中子数的时候，N=82的幻数会不会保持呢？根据简单的球形势阱模型，我们预期这个幻数会逐渐减弱，甚至消失，因为核子的形状会发生变化，导致能级的重新排列。然而，物理学家发现的结果却与这个预期相反。

他们测量了锇-160的α衰变，即它会放出一个氦-4的核子，变成钨-156。他们发现，锇-160的α衰变能量为7080 (26) keV，而它的半衰期为201 58 −37 μs。这两个数据都比预期的要大，说明锇-160比预期的要稳定。同样，他们发现钨-156是一个β 衰变，即它会放出一个正电子，变成钽-156。他们发现，钨-156的半衰期为291 86 −61 ms，也比预期的要大，说明钨-156也比预期的要稳定。

为了解释这些结果，他们引入了一个参数，叫做α衰变的约化宽度（δ2）。这个参数可以衡量α衰变的概率，它与核子的结合能和形状有关。他们发现，对于N=84的同中子数核子，从锡（Z=50）到锇（Z=76），这个参数随着原子序数的增加而减小。这意味着，随着质子数的增加，N=82的能隙变得更大，N=82的幻数变得更强。这与理论模型的预测相一致，这些模型考虑了核子的变形和相互作用的细节。这些模型也预测，如果我们继续增加质子数，直到Z=82，也就是铅，我们可能会发现一个新的双幻数核子，即铅-164（82个质子和82个中子）。这个核子的存在还没有被实验证实，但它可能是一个非常有趣的研究对象。