红线右侧代表此次实验中观测到的所有原子核。这些是迄今为止发现的最重的同位素。元素中最重的同位素代表了原子核能容纳多少中子的极限。“稳定”的同位素可以永远存在，而一些重同位素可能只能存活几秒钟。这比最稳定的钙同位素，钙-48，多了12个中子。在碰撞产生的碎片中，极有可能形成某一种罕见的同位素，如钙60。
图说：上图为用于识别实验中产生的不同原子核的图解。Z是质子数，A/q是质子数和中子数除以电荷数的比值。红线右侧代表此次实验中观测到的所有原子核。
《物理评论快报》7月11日发表论文称：来自美国密歇根州立大学和日本仁科中心（RIKEN）的研究人员发现了磷、硫、氯、氩、钾、钪，和钙的八种新的稀有同位素，其中钙同位素最为重要。这些是迄今为止发现的最重的同位素。
同位素是自然界中不同形式的元素。每个元素的同位素包含相同数量的质子，但是中子数量不同。
元素中的中子越多，它就越“重”。元素中最重的同位素代表了原子核能容纳多少中子的极限。同样，同一元素的同位素具有不同的物理性质。“稳定”的同位素可以永远存在，而一些重同位素可能只能存活几秒钟。有些同位素甚至可能只是理论上存在。最近在RIKEN放射性同位素光束实验室(RIBF)合成的最短寿命同位素是钙-59和钙-60，它们现在是科学界所知的含中子最多的钙同位素。钙60的原子核有20个质子和40个中子。这比最稳定的钙同位素，钙-48，多了12个中子。钙48需几万兆年才会分解，相当于宇宙年龄的40万亿倍。然而，钙-60的寿命只有千分之一秒。
Oleg Tarasov是MSU国家超导回旋加速器实验室(NSCL)的物理学家，也是这项实验的发言人。他解释说，证明一个元素是否存在某种同位素可以促进科学家对核力的理解。这也是长期以来科学家在核科学领域的探索方向。
“在原子的核心，质子和中子被核力结合在一起，形成原子核。科学家们致力于研究在自然界中可以存在什么质子和中子的组合，即使它只是短暂的瞬间。” Tarasov说道。
马里兰大学物理学教授、NSCL首席科学家Alexandra Gade对核模型更感兴趣。在某种程度上，核模型描绘了不同分辨率下原子核的图像。Gade 说：“一些模型预测20个质子和40个中子将不能结合在一起形成Ca-60。钙60的发现将促使理论家们在他们的模型中找出缺失的部分。”
而许多模型并没有预测到另外两种硫和氯的新同位素，S-49和Cl-52。
创造和识别稀有的同位素是核物理版本的“大海捞针”。为了合成这些新的同位素，研究人员将一束强烈的锌粒子加速到铍块上。在碰撞产生的碎片中，极有可能形成某一种罕见的同位素，如钙60。发现钙-59和钙-60的强烈锌束是由RIBF提供的。RIBF目前拥有世界上最强大的加速器设施。
在未来，密歇根州立大学的稀有同位素束(FRIB)设施将使科学家能够制造出更重的钙同位素——钙-68，甚至是钙-70。
编译：Coke 审稿：西莫 编辑：张梦
来源：https://phys.org/news/2018-07-heaviest-calcium-atom-rare-isotopes.html
