我們知道，原子核是由質子和中子構成的。質子和中子在強力的作用下緊緊地束縛在一起。然而，當質子數量過多時，原子核會因質子間的電磁斥力而面臨分裂的風險，為超重元素的形成帶來了巨大的挑戰。

一般說來，超重核都會在極短的時間內（百萬分之一秒以內）衰變，這使得研究人員很難通過實驗直接測量壽命更短的核素。不過，有一個“技巧”或許可以在有的情況下被借用：某些受量子效應穩定的激發態，即所謂的處于同核異能態的核素，往往具有更長的壽命。事實上，這些同核異能素在形狀變形的超重核中廣泛存在，為探索這些短壽命的原子核提供了可能性。

在一項新發表于《物理評論快報》上的研究中，研究人員測量了一種名為-252（Rf-252）同位素的半衰期僅為60納秒（1納秒 = 1×10??秒）。這是目前已知壽命最短的超重原子核。

合成與測量

在新的研究中，物理學家使用GSI/FAIR UNILAC加速器生成鈦-50（Ti）離子束，并利用成鈦-50離子束轟擊由鉛-204（Pb）制成的靶材。他們通過調節四種不同能量的離子束，誘導-254的聚變：通過發射一個中子形成-253，或通過發射兩個中子形成-252。

隨后，這些核素和其他反應產物被引入一個充滿氣體的反沖分離器中。在這個裝置中，磁體通過動量電荷比，將目標核素與其他不需要的產物分開。一旦完成分離，同位素就會在0.6微秒（1微秒 = 1×10??秒）的飛行時間里，沿著裝置內的通道移動約3.5米，最后被植入硅探測器中進行測量。

研究表明，在最大束流能量下，-252的產量最為顯著。最終，研究團隊共觀測到27個-252離子，其表觀半衰期為13微秒。通過先進的檢測和數據采集系統，研究人員發現13微秒的壽命主要歸因于-252的激發態（同核異能態），而基態僅在60納秒內就發生自發裂變。

意義與展望

這一結果刷新了已知超重核壽命的下限，比此前記錄短了近兩個數量級。研究團隊指出，正是由于-252的激發態存在較長的壽命，才使得其基態的短壽命得以被觀測和測量。

-252是最缺乏中子的同位素。這一發現為改進裂變行為的理論模型提供了重要數據，同時也為預測富含中子的超重核裂變半衰期提供了參考。這些核素與著名的r過程密切相關，這一核合成過程產生了超過半數比鐵重的元素。然而，迄今為止，r過程的超重核仍未在實驗室中成功合成。

可以說，這一結果為研究同核異能態、反向裂變穩定性（激發態比基態更穩定）以及超重核同位素邊界奠定了新的基準。未來，研究團隊計劃探索下一元素（Sg，106號元素）的反向裂變穩定性，進一步合成壽命低于1微秒的同位素。?

#參考來源：

https://phys.org/news/2025-01-rf-shortest-superheavy-nucleus-subsequent.html

https://physics.aps.org/articles/v18/8

#圖片來源：

封面圖&首圖：AI-generated image, Pavol Mosat and Khuyagbaatar Jadambaa