科學家們長期以來一直想知道，能夠聚集在一起形成原子核的質子和中子數量是否有限制。一項新的研究比以往任何時候都更接近找到答案，它估計了可能存在的原子核變體的總數。
元素週期表包括 118 種已知的原子種類，而每一種都以多種具有不同中子數的版本存在（天然或合成），總共產生了大約 3,000 種不同的原子核。隨著技術的多年進步，物理學家一直在構建越來越重的原子——117 號元素是去年才創造出來的，研究人員正在緊追 119 號元素。新的專案正在進行中，旨在透過新增和減少已知元素的中子來創造更多奇異的變體，稱為同位素。
但它會在哪裡結束呢？
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在明天（6 月 28 日）出版的《自然》雜誌上發表的一篇論文中，研究人員報告說，大約 6,900 種核素（原子核的變體），正負誤差 500，應該是可能存在的。[資訊圖：解剖自然界最小的粒子]
核結合
田納西大學、田納西州橡樹嶺國家實驗室和波蘭華沙大學的研究團隊成員維托爾德·納扎雷維奇說：“超過 7,000 個，我們談論的是壽命非常短以至於無法形成的核素。” “系統會瞬間衰變。”
即使在這 7,000 個核素中，絕大多數也是不穩定的，只能持續一秒鐘的一小部分。在 3,000 種已知核素中，只有 288 種是穩定的。
原子中可以包含的質子數量是有限的，因為每個質子都帶正電，並且因為“同性相斥”，它們想要互相推開。即使是沒有電荷的中子，彼此之間也略有排斥力。一種稱為強相互作用的神秘力量，比電磁力強約 100 倍，是將質子和中子結合在原子核中的力量。
納扎雷維奇告訴 LiveScience：“強力的性質或確切形式，尤其是在較重的原子核中，仍然是非常密集的實驗和理論研究的主題。” [十大未解之謎]
為了建立新的估計值，納扎雷維奇和他的同事，在田納西大學和橡樹嶺的約亨·厄勒的帶領下，檢查了所謂的滴線，即可以將中子與給定數量的質子結合以形成原子核的理論邊界。（這個想法是，如果在超過這條線的範圍內新增更多的中子，它們將從原子核中“滴落”或掉出來。）
為了繪製滴線，研究人員從重核中核相互作用的最佳可用模型中進行了推斷。透過包含各種模型，科學家們能夠估計他們預測的第一個可靠的誤差範圍，顯示了估計的精確程度。
納扎雷維奇說：“這是第一個真正給出誤差範圍並顯示此限制的最佳理論猜測的研究。” “僅僅提供一個數字是不夠的。你需要提供一個帶有[不確定性估計]的數字。”
超新星和中子星
新的估計不僅僅是一個理論量——這個數字將代表可能在天體物理現象（如超新星爆發或中子星合併）內部產生的所有可能種類。
在這些極端情況下，會產生過量的中子，並且許多這些中子可以被原子核捕獲，從而產生新的核素。通常會發生稱為 β 衰變 的過程，其中中子透過釋放電子和一種稱為中微子的微小粒子而變成質子。這不僅可以產生現有元素的更重同位素，還可以產生原子中質子更多的新的、更重的元素。事實上，宇宙中發現的大部分重於鐵的元素都是在超新星中產生的。
當一個名為稀有同位素束設施的新設施在 2020 年左右在密歇根州立大學開放時，該團隊的發現可能會得到實際應用。該專案旨在合成許多已被預測但從未見過的放射性、弱結合的原子核，以便繪製核景觀中一些未被探索的區域。
科學家們希望 FRIB 能夠創造出新的元素——即質子數超過 118 的原子核——以及已知元素的新同位素。
納扎雷維奇說：“我們可以創造多少新元素？我們不知道。”
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