科学家们长期以来一直想知道，能够聚集在一起形成原子核的质子和中子数量是否有限制。一项新的研究比以往任何时候都更接近找到答案，它估计了可能存在的原子核变体的总数。
元素周期表包括 118 种已知的原子种类，而每一种都以多种具有不同中子数的版本存在（天然或合成），总共产生了大约 3,000 种不同的原子核。随着技术的多年进步，物理学家一直在构建越来越重的原子——117 号元素是去年才创造出来的，研究人员正在紧追 119 号元素。新的项目正在进行中，旨在通过添加和减少已知元素的中子来创造更多奇异的变体，称为同位素。
但它会在哪里结束呢？
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在明天（6 月 28 日）出版的《自然》杂志上发表的一篇论文中，研究人员报告说，大约 6,900 种核素（原子核的变体），正负误差 500，应该是可能存在的。[信息图：解剖自然界最小的粒子]
核结合
田纳西大学、田纳西州橡树岭国家实验室和波兰华沙大学的研究团队成员维托尔德·纳扎雷维奇说：“超过 7,000 个，我们谈论的是寿命非常短以至于无法形成的核素。” “系统会瞬间衰变。”
即使在这 7,000 个核素中，绝大多数也是不稳定的，只能持续一秒钟的一小部分。在 3,000 种已知核素中，只有 288 种是稳定的。
原子中可以包含的质子数量是有限的，因为每个质子都带正电，并且因为“同性相斥”，它们想要互相推开。即使是没有电荷的中子，彼此之间也略有排斥力。一种称为强相互作用的神秘力量，比电磁力强约 100 倍，是将质子和中子结合在原子核中的力量。
纳扎雷维奇告诉 LiveScience：“强力的性质或确切形式，尤其是在较重的原子核中，仍然是非常密集的实验和理论研究的主题。” [十大未解之谜]
为了创建新的估计值，纳扎雷维奇和他的同事，在田纳西大学和橡树岭的约亨·厄勒的带领下，检查了所谓的滴线，即可以将中子与给定数量的质子结合以形成原子核的理论边界。（这个想法是，如果在超过这条线的范围内添加更多的中子，它们将从原子核中“滴落”或掉出来。）
为了绘制滴线，研究人员从重核中核相互作用的最佳可用模型中进行了推断。通过包含各种模型，科学家们能够估计他们预测的第一个可靠的误差范围，显示了估计的精确程度。
纳扎雷维奇说：“这是第一个真正给出误差范围并显示此限制的最佳理论猜测的研究。” “仅仅提供一个数字是不够的。你需要提供一个带有[不确定性估计]的数字。”
超新星和中子星
新的估计不仅仅是一个理论量——这个数字将代表可能在天体物理现象（如超新星爆发或中子星合并）内部产生的所有可能种类。
在这些极端情况下，会产生过量的中子，并且许多这些中子可以被原子核捕获，从而产生新的核素。通常会发生称为 β 衰变 的过程，其中中子通过释放电子和一种称为中微子的微小粒子而变成质子。这不仅可以产生现有元素的更重同位素，还可以产生原子中质子更多的新的、更重的元素。事实上，宇宙中发现的大部分重于铁的元素都是在超新星中产生的。
当一个名为稀有同位素束设施的新设施在 2020 年左右在密歇根州立大学开放时，该团队的发现可能会得到实际应用。该项目旨在合成许多已被预测但从未见过的放射性、弱结合的原子核，以便绘制核景观中一些未被探索的区域。
科学家们希望 FRIB 能够创造出新的元素——即质子数超过 118 的原子核——以及已知元素的新同位素。
纳扎雷维奇说：“我们可以创造多少新元素？我们不知道。”
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