通过探索超重元素和理论上的"稳定岛"，来自全球领先机构的科学家们正在推进我们对元素周期表的理解。他们的研究在著名科学刊物上重点发表，旨在揭示质子数超过 103 个的元素的特性，并通过理论模型预测它们的行为。这项工作有望拓展元素周期表的边界，并对一系列科学领域产生影响。
来自新西兰梅西大学（Massey University）、德国美因茨大学（University of Mainz）、法国索邦大学（Sorbonne University）和稀有同位素加速器（FRIB）的科学家们讨论了元素周期表的极限，并结合超重元素研究的最新进展对"稳定岛"的概念进行了修正。他们的工作是 2024 年 2 月《自然-物理学评论》的封面专题。
除了《自然-物理评论》的专题报道外，《物理报告》还发表了一篇关于超重元素原子电子结构理论的评论。
寻找超重元素
什么是最重的结合原子核和最重的结合原子，它们有什么特性？质子数超过 103 个的化学元素核被称为"超重核"。它们是科学家们正在努力揭示的这些原子核的广阔未知领域的一部分。探索这一未知领域为连接广泛科学领域的发现提供了前景。
目前正在建造的新的实验设施可以帮助科学家揭示原子及其原子核在电子、质子和中子数量非常大的情况下的特性。这些设施将在原子序数和质量的极限上创造出新的元素和核素。
研究图片。图片来源：《自然-物理评论》2024 年 2 月刊，封面设计：Susanne Harris
超重原子核的产生率极低。从这些实验中获得的物理和化学数据表明，超重原子核偏离了轻元素和同位素。这让科学家们质疑，元素周期表和核素表的边界还能扩大多少。评估是否存在"扩展稳定半岛"也是一个科学目标，在这个半岛上，超重原子核的寿命可能超过迄今为止发现的寿命极短的原子核。
超重元素的理论进展与未来
此外，原子结构理论的进展集中于超重元素及其预测的电子基态构型，这对元素在周期表中的位置非常重要。
"由于存在巨大的静电力，超重原子中的电子以接近光速的速度运动，"论文作者之一、约翰-A-汉纳物理学特聘教授、FRIB首席科学家维特克-纳扎雷维茨（Witek Nazarewicz）说。"超重原子核中非常强的库仑力也会产生新的效应。这对原子和核理论来说是一场新的球赛"。
在 FRIB，科学家们将研究如何更接近位于稳定性增强区域的超重原子核。许多超重核目前无法测量，因此有关它们的信息必须来自理论推断。FRIB 的核理论家利用高性能计算和机器学习辅助下的先进模型对超重核进行预测。
研究元素周期表和超重区的核状况将产生新的想法和方法，对核物理学、原子物理学、天体物理学和化学产生影响。
编译自:ScitechDaily