http://www.physorg.com/news112451114.html
October 24, 2007
在密西根州立大學國家超導體粒子迴旋加速器實驗室（NSCL）的研究者創造出 3 種從未被觀察過的鎂、鋁同位素。這項成就不只是在原子核的景觀上開拓新的疆土，更指出較之前科學模型所能預測還要重的一般元素變種，有可能存在。
這項發現在 10/25 當期 Nature 期刊上刊載。
"當核子科學開始證實什麼樣的同位素能存在於自然界時，它就是一個存在已久的計畫，" Dave Morrissey 說，該大學傑出化學教授，也是該論文的作者之一。"這項結果指出物質穩定性的限制可能比先前所認為的要更進一步。真的，它顯示出有多少謎仍在原子核中。"
那些由原子核、質子與中子所組成的粒子受到核力緊緊連在一起。身為四大基本力之一，的核力（譯註：在此是指 strong nuclear force，強核力），從 1930 年代以來就已成為科學研究的主題。
儘管在其後數十年間，核子物理學有長足進展，不過對於核力與核內其他效應的理解仍尚未完全。例如，即便是今日的科學家亦不確定質子與中子的哪種結合可構成絕大部份的原子核。
核物理學家探索這個問題的實驗性方法之一，是利用加速器來創造反應，實際上那是將一坨質子拼湊在一起。例如：氫有 1 個質子，氦有 2 個，氧有 8 個，鈾有 92 個。物理學家無論在何時創造出新的質子限制，他們總是會引起又變出新元素的注意。在 2006 年 10 月，俄、美科學家團隊產生了一則世界性頭條，創造出擁有 118 個質子的原子，這是在單個原子核中有最多質子的記錄。
另一種探測原子核穩定性的方法是觀察有多少中子可裝入普通元素的原子核中，這就是 NSCL 研究大部的焦點。元素可以不同的同位素（isotope）存在，那包含同樣數量的質子，不過有不同數量的中子。例如，最多的穩定碳同位素有 6 個中子與質子。然而，追蹤 碳-13 與 碳-14 的總量 -- 它們分別有 7 與 8 個中子 -- 也能在地球上發現。
中子限制（neutron-limit），被稱為中子滴線（neutron-dripline），是物質的基本特性之一。然而，相當引人注目地，儘管超過半個世紀的探詢，科學家知道 dripline 只出現在 8 個最輕的元素，從氫到氧。故，一個相當基本的問題 -- 一個給定元素所能存在的最重同位素是什麼 -- 除了週期表上的那 8 個之外，剩下的上百個，大家依然沒有答案。
NSCL 在今年初所進行的一項實驗中，研究者成功地創造並偵測到 3 種新的超重鎂、鋁同位素：鎂-40 有 12 個質子與 28 個中子、鋁-42 有 13 個質子與 29 個中子、鋁-43 有 13 個質子與 30 個中子。如果每天都能見到的鋁是一個 160 磅重的成年人，那麼 鋁-43 將會是個肌肉男，重達 225 磅。
"能在 NSCL 獲得鎂-40 粒子穩定性的證據，是罕見的同位素物理學領域中的一大進步，" Hiro Sakurai 說，日本 RIKEN 的首席科學家，他沒有涉及該研究。RIKEN 研究所位於日本埼玉縣，是創造出世上最強力同位素射束的強力加速器的家。
在科學與技術上，這 3 個新菜鳥的短暫現身，有數種意義重大的理由。
首先，當達成鎂的同位素時，這結果指出 dripline 的可能延伸範圍，而且有可能超越，可達 鎂-40。這種同位素並沒有在數種聚焦於 dripline 的實驗中被偵測到，這些實驗自 1997 年就在世界各地進行，而且研究社群開始懷疑那已超越穩定性的邊界。
雖然很難在各科際之間進行比較，物理學家在為期 11 天的實驗中成功的偵測到 3 個 鎂-40 的同位素，相當於生物學家最終在雨林中發現一種多年來被認為已滅絕的物種所達到的成就。
"The discovery of the hitherto unknown heaviest magnesium and aluminum isotopes at NSCL is a milestone in rare isotope research and is a great accomplishment for the worldwide scientific community exploring unstable nuclei close to the so-called neutron dripline," Horst Stocker 說，GSI 主任，他並沒有涉入該研究。位於德國 Darmstadt 的 GSI 是產生超重離子束以供研究的頂尖加速器的家。
其次，除了同樣是令人關注的分離物（outlier）之外，鋁-42 還增添了一項重要性，因為它是一種 near-dripline nucleus，具有奇數數量的中子。那些觸及存在邊界的較輕元素的同位素，一般來說中子都是偶數數量，因為有這麼一種事實，原子核中的中子天生就喜歡兩兩成對。若中子數量為偶數，原子核事實上就擁有了像這麼整潔、完整一組的配對，那共同形成一種優雅的、能增進穩定性的架構。
根據一種領導性的理論模型，鋁-42 不應該存在。這暗示，dripline 事實上很可能朝一個更加新奇的方向（富含中子的同位素）傾斜。這相當重要，因為它將協助拓展核子理論並指出未來實驗的方式。
NSCL 的結果 "alters the landscape of known nuclei, it alters our understanding of the forces that bind nuclei into stable objects, and it has important implications for future attempts with next-generation facilities to map the evolution of nuclear structure and existence into the most weakly bound nuclei," Rick Casten 說，耶魯大學 D. Allan Bromley 物理學教授，亦沒有參與該研究。
這種實驗性技術本身就值得注意。創造並測量罕見同位素總像是一種大海撈針般的工作，那要求研究者從一大堆快速移動且幾乎已知（也因此較不有趣）的東西中，獵取幾個想要的原子核。但是在這項實驗中，NSCL 研究者在過濾所謂的垃圾上，達到了成千成百倍的提升。他們在本質上是藉由主動提升（jury-rigging）設施以過濾射束二次來辦到這件事。其結果就是一種能夠偵測並測量如此罕見之同位素的能力，那罕見到 10^15 個通過偵測器的粒子中才有 1 個。
雙重的過濾程序，更正確的來說是二階段分離器（two-stage separation），是一種最新的、計畫用來進行罕見同位素射束研究的設備，包含在 NSCL 的推薦升級中。而這項實驗標誌著它是第一個使用二階段分離器的實驗，同時也標誌著 NSCL 是第一次進行這種嘗試的單位，當它用它的 A1900 分離器時，每次只能過濾與純化一次。
NSCL 偵測器在資料與 鋁-43 的存在前後一致時，會回應一個光點。根據核子科學的慣例，這通常不足以視為一項發現。然而，有超過 20 個其鄰居，鋁-42 的實體被觀測到。因為有這種相對的豐富以及為了要配對的事實，有 30 個中子的 鋁-43 應證明比 29 個中子的 鋁-42 更加穩定，所以 鋁-43 在資料記錄中單一光點，應比平常的數量更具可信度。
"Experiments such as these are paving the way into the new era of nuclear structure studies that technological developments are opening to investigation for the first time ever," Casten 說。
※ 相關報導：
＊ Discovery of 40Mg and 42Al suggests neutron drip-line slant towards heavier isotopes
http://www.nature.com/nature/journal/v449/n7165/abs/nature06213.html
T. Baumann, A. M. Amthor, D. Bazin, B. A. Brown,＊ 實驗室觀測到物質、反物質的電子偶素分子
C. M. Folden III, A. Gade, T. N. Ginter, M. Hausmann,
M. Mato, D. J. Morrissey, M. Portillo, A. Schiller,
B. M. Sherrill, A. Stolz, O. B. Tarasov & M. Thoennessen
Nature 449, 1022-1024 (25 October 2007)
doi:10.1038/nature06213
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