密歇根州立大学
锆-80的变形核比它的40个质子和40个中子的质量总和还要轻
缺失的质量通过E=mc2转化为结合能
结合能负责将原子核结合在一起
信贷:稀有同位素束设施 一组研究人员，包括来自国家超导回旋加速器实验室(NSCL)和密歇根州立大学(MSU)稀有同位素束设施(FRIB)的科学家，已经解决了锆-80质量缺失的问题
平心而论，他们也破了案
实验人员展示了锆-80——一种在其核心或原子核中有40个质子和40个中子的锆原子——比预期的要轻，利用了NSCL无与伦比的创造稀有同位素和分析它们的能力
然后，FRIB的理论家能够使用先进的核模型和新颖的统计方法来解释这一缺失的部分
“核理论家和实验学家之间的互动就像一场协调的舞蹈，”FRIB大学的研究生研究助理、该团队11月25日在《自然物理》杂志上发表的研究报告的第一作者亚历克·哈梅克说
“每个人轮流带领和跟随另一个
" “有时理论会提前做出预测，有时实验会发现意想不到的事情，”FRIB实验室的高级科学家瑞安·林格尔说，他是锆-80质量测量小组的成员
林格尔还是FRIB大学和MSU大学自然科学学院物理和天文系的兼职副教授
他说:“它们相互推动，这导致了对原子核更好的理解，原子核基本上构成了我们与之互动的一切。”
所以这个故事比一个核心大
从某种程度上来说，这是FRIB力量的预演，一个由美国核物理办公室支持的核科学用户设施
S
能源部科学办公室
当用户操作明年开始时，来自全球的核科学家将有机会与FRIB的技术合作，创造在其他地方无法研究的稀有同位素
他们也将有机会与FRIB的专家合作，了解这些研究的结果及其影响
这些知识有着广泛的应用，从帮助科学家更好地理解宇宙到改善癌症治疗
“随着我们进入FRIB时代，我们可以像在这里一样进行测量，甚至更多，”林格尔说
“我们可以更进一步
这里有足够的能力让我们学习几十年
" 也就是说，锆-80本身就是一个非常有趣的原子核
首先，这是一个很难制造的原子核，但制造稀有原子核是NSCL的专长
该设施生产了足够的锆-80，使瑞格、哈梅克和他们的同事能够以前所未有的精度确定其质量
为此，他们使用了NSCL低能束和离子阱(LEBIT)设施中的潘宁阱质谱仪
“人们以前测量过这个质量，但从未如此精确，”哈梅克说
“这揭示了一些有趣的物理现象
" “当我们在如此精确的水平上进行质量测量时，我们实际上是在测量缺失的质量，”林林说
“原子核的质量不仅仅是质子和中子质量的总和
缺少的质量表现为将原子核结合在一起的能量
" 这是科学界最著名的方程之一帮助解释事物的地方
在爱因斯坦的E = mc2中，E代表能量，m代表质量(c是光速的符号)
这意味着质量和能量是相等的，尽管这只有在极端条件下才会变得明显，比如在原子核心发现的情况
当一个原子核有更多的结合能时——这意味着它对质子和中子的控制更紧了——它就会失去更多的质量
这有助于解释锆-80的情况
它的核被紧紧地束缚着，这一新的测量显示这种束缚甚至比预期的更强
这意味着FRIB的理论家必须找到一个解释，他们可以求助于几十年前的预测来帮助提供答案
例如，理论家怀疑锆-80原子核可能是魔法
偶尔，一个特定的原子核会因为拥有特定数量的质子或中子而违背其质量预期
物理学家称之为神奇的数字
理论假设锆-80具有特殊数量的质子和中子，使其具有双重魔力
早期的实验表明，锆-80的形状更像橄榄球或美式足球，而不是球体
理论家预测，这种形状可能会产生这种双重魔力
有了迄今为止对锆-80质量最精确的测量，科学家们可以用可靠的数据支持这些想法
“理论家们在30多年前就预测锆-80是一个变形的双魔核，”哈梅克说
“实验学家花了一些时间来学习舞蹈，并为理论家提供证据
既然有了证据，理论家们就可以计算出舞蹈的下一步了
" 因此，舞会继续进行，从隐喻的角度来说，NSCL、FRIB和MSU为舞会提供了最好的舞厅之一
它拥有独一无二的设施、专家人员和全国排名第一的核物理研究生项目
哈梅克说:“我能够在国家用户设施现场工作，研究核科学前沿的课题。”
“这段经历让我得以发展人际关系，并向实验室的许多工作人员和研究人员学习
该项目之所以成功，是因为他们对科学的奉献精神以及实验室中世界领先的设施和设备
"
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