作者:英格丽德·法德利
（同organic）有机 图中显示了研究人员观察到的铜同位素原子核大小的奇偶交错模式
信用:de Groote等人
比利时斯特拉林斯基卡研究所和曼彻斯特大学的研究人员与世界各地的其他研究所合作，最近进行了一项旨在测量细胞核大小的研究
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，核电荷半径)
他们发表在《自然物理》杂志上的论文，展示了对这些同位素原子核大小的独特而有趣的奇偶交错模式的观察
开展这项研究的研究人员之一鲁本·彼得·德·格罗特(Ruben Pieter de Groote)告诉《物理》杂志，“我们观察到的奇偶交错效应，即拥有奇数个中子的原子核通常比它们的偶数个中子邻居的尺寸略小，在大多数同位素链中或多或少是恒定的。”
（同organic）有机
“然而，在铜中，我们注意到大约有40个中子的同位素的奇偶交错增强，当接近50个中子时似乎消失了
" 对德·格罗特和他的同事们观察到的奇偶交错模式有一个彻底的了解并不是一件容易的事情，这个模式被发现是依赖于中子的，这有点出乎意料
为了探索他们观察到的这种效应背后的可能原因，研究人员基于核理论进行了一系列尖端计算，然后将这些计算的结果与他们收集的实验数据进行了比较
德·格罗特说:“对78Cu进行测量最困难的同位素有29个质子和49个中子，这使得它成为一个非常复杂的原子核，无论是实验上还是计算上都很难研究。”
“然而，我们认为我们的实验结果非常重要，足以说服两位理论合作者追求两种截然不同的理论方法，一种是基于密度泛函，另一种是基于介质中的价空间相似重整化群方法，这种方法给出了对中等重核的‘从头开始’描述
" 研究人员在他们的研究中使用的两种理论方法被证明对解释他们收集的测量的不同方面是有用的
而基于密度泛函理论的计算预测了体积性质(例如
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总的核尺寸)具有非常高的精度，这种基于介质中价空间相似重整化群理论的方法提供了奇偶交错效应的一般趋势的详细描述，因为它考虑了额外的相关性
“我们的计算表明，这两种理论都包含描述核结构的基本要素，但仍有工作要做——我们仍然没有一种方法可以解决所有问题，”德·格罗特解释说
在他们最近的研究中，研究人员重点关注寿命非常短的铜同位素
例如，他们工作中检测的同位素78Cu的寿命是300毫秒，这意味着在它产生后的一秒钟内，该同位素很可能已经消失了
因此，他们不得不使用能够让他们在衰变之前快速生产和检测同位素的技术
“在研究放射性同位素时，非常重要的是方法快速有效——没有时间去收集大量的同位素样本，然后在以后悄悄地研究它们，”德·格罗特说
“测量需要‘在线’进行；我们的测量工具和检测器需要连接到生产现场，并同步工作
" 德·格罗特和他的同事们使用了一种被称为欧洲粒子物理研究所PS-Booster的粒子加速器，它可以产生能量非常高的质子
这些质子被导向欧洲粒子物理研究所的ISOLDE设施，在那里它们撞击到一块铀上，引发了各种不同的核反应
这一过程产生的核反应导致了整个光谱范围内同位素的产生，从轻氦原子到非常重的元素，如镭
研究人员着手研究的铜同位素就在其中，但它们必须从大量的同位素中提取并纯化
“铀被ISOLDE团队加热到大约2000摄氏度，因此这些新产生的同位素不会留在周围，而是逃逸到离子源中:在这里，它们变成了带电离子，”德·格罗特解释说
“这是至关重要的一步，因为它允许我们使用静电和磁技术来加速所有同位素，选择感兴趣的同位素，并将其引导至ISOLDE设施的不同测量设置
" 为了测量铜同位素的大小，研究人员用两个独立的激光束照射它们
通过精确调整第一束激光的频率，他们能够激发一个束缚在原子核上的电子
然后用第二束激光束“剥离”这个受激电子
“通过测量我们改变激光频率时产生的带电粒子的数量，我们可以确定铜原子的准确吸收能量，”德·格罗特说
“这种吸收能量与原子核的大小直接相关；能量的转移被称为同位素转移——一种微小的颜色变化，低至百万分之一；肉眼看不到的东西，但是我们的系统很敏感
" 德·格罗特和他的同事使用的测量技术，即共线共振电离光谱，是测量原子能量转移的一种高效而精确的工具
他们的实验设置非常复杂，并且依赖于所有不同的组件(即
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、大型粒子加速器、超稳定激光系统、高精度激光测频工具、离子阱、超高真空泵和高压电源等
)在交响乐中操作
在他们的研究中，研究人员用它来识别14种不同铜同位素的“同位素位移”
测量这些移动最终使他们能够确定其大小的变化，作为其原子核内中子数量的函数
“最具挑战性的同位素仅以每秒20个离子的速度产生，总共只有大约20万个离子被用来进行测量，”德·格罗特说
“这个样本的总质量，如果你能在它放射性衰变之前收集它，将是0
000000000003微克——与我们习惯与之互动的典型物体相比，这是难以置信的少量东西
" 德·格罗特和他的同事采用的技术使研究人员能够研究目前只能少量生产的同位素，并且比过去开发的其他高精度测量工具更有效
将来，他们的方法可能会对核结构研究产生一些重要的影响，因为许多有趣的同位素是不稳定的，因此只能少量生产
德·格罗特说:“我们的结果表明，现在可以对其中的许多原子核进行研究。”
“我们方法的进一步改进将进一步推动这一极限
特别是，我们的技术现在允许我们接近那些被预测会在超级新星和千新星中产生，但尚未在地球实验室中研究的原子核
同样，所开发的理论工具也代表了核理论的重要里程碑
" 除了介绍一种测量短寿命同位素中原子核大小的新技术，德·格罗特和他的同事们还证明了基于密度泛函和介质中价空间相似重正化群方法的理论构造对于探索不稳定核同位素结构的有效性
他们的研究揭示了这些理论框架的优点和缺点，可以在未来的研究中进一步探讨
“在目前的研究中，我们选择了铜，因为它有29个质子，”德·格罗特说
“这使得这些同位素成为研究镍(28个质子)核心的完美探针
78Ni (28个质子，50个中子)被认为是一个双魔核
这种双魔闭壳系统很少，它们构成了核结构研究的基石，就像原子物理学中的惰性气体一样
" 德·格罗特和他的同事们目前正在进行一项新的研究，重点是富含中子的钾同位素，它有19个质子，因此是神奇钙同位素(I
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有20个质子)
他们已经对这些同位素的电荷半径进行了初步计算，现在计划更深入地研究这些结果
“从长远来看，一项对铟和锡同位素的测量活动已经启动，并将在未来几年继续进行，”德·格罗特说
“这些同位素处于当前核理论的前沿；因此，实验和理论工作进展顺利
" 德·格罗特和他的同事们也开始使用他们最近论文中介绍的相同实验方法来研究放射性分子
例如，他们最近完成了镭氟化物的首次光谱研究，镭氟化物是一种含有放射性镭原子的分子
“因为没有稳定的镭同位素，这个分子以前从未被研究过，”德·格罗特解释说
“这尤其令人兴奋，因为它可能是标准模型之外的下一代物理研究的关键
"
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