密歇根州立大学的Oleg Tarasov领导的物理学家通过分解铂的原子核，发现了稀土元素铥、镱和镥的新同位素。科学家们相信，这一成就将有助于了解富含中子的原子核的性质以及在中子星碰撞中形成新元素的过程。
研究人员表示，这项工作还证明了密歇根州立大学最近完成的稀有同位素束流装置(FRIB)的力量，该装置于2022年6月进行了首次实验。
并非所有形式的元素都是相似的。每个原子核都由许多被称为核子的亚原子粒子组成——质子和中子。质子的数量在所有形式的元素中都是一致的，并赋予该元素原子序数。
然而，中子的数量可能会有所不同。这些变化决定了一种元素的同位素。
所有元素都有许多同位素，这些同位素的形成具有不同的稳定性。有些衰变速度极快，在一股电离辐射中分解成更轻的元素。有些则具有完美的稳定性。了解不同的同位素及其行为，有助于科学家了解宇宙是如何制造元素的，并估算这些元素在空间和时间上的丰度。
为了制造新的同位素，Tarasov及其同事们从一种含有120个中子的铂同位素198Pt开始。标准铂有117个中子;使用更重的同位素可以改变原子核裂变的方式。
他们将这些原子放置在FRIB中，FRIB使用重离子加速器来破碎原子核。稀有同位素束以超过光速一半的速度射向目标。当它们击中目标时，这些同位素会破碎成较轻的原子核同位素;物理学家可以探测和研究这些同位素。
在198Pt的碎裂中，Tarasov的团队发现182Tm和183Tm分别有113和114个中子，而标准的铥有69个中子。他们还发现186Yb和187Yb分别有116和117个中子，而标准镱有103个中子。最后，他们发现190Lu有119个中子，而标准镥有104个中子。
在加速器的多次运行中都可以看到这些同位素。研究人员表示，这意味着FRIB可以用于研究重元素的富含中子同位素的合成，而这些同位素在迄今为止一直被忽视——不是因为缺乏兴趣，而是因为缺乏产生和检测它们的能力。
反过来，这可以帮助我们了解剧烈的宇宙性事件是如何形成宇宙中的最重元素的。宇宙中任何比铁重的东西都只能在极端条件下产生，例如超新星和中子星之间的碰撞。
中子星碰撞中的一个核合成过程是快中子捕获过程，或称r过程。当原子核迅速聚集在基洛诺瓦爆炸(kilonova explosion)过程中释放的自由漂浮的中子，并开始转化为更重的元素时，就会发生这种情况。这就是我们获得金、锶、铂和其他重金属的方式。
他们说，该团队的实验已经非常接近于重现r过程。这意味着我们可能很快就会有一种工具可供我们使用，它可以复制宇宙中一些最剧烈事件中出现的核合成途径之一。
研究人员写道：“FRIB的独特能力，包括能量超过国家超导回旋加速器实验室(National Superconducting Cyclotron Laboratory)可用能量的非常强的初级束，使其成为探索中子数N=126及以上区域的理想设施。”
“FRIB的研究人员可以利用这些反应来产生、鉴定和研究新同位素的性质，为核物理、天体物理学以及我们对物质基本性质的理解做出贡献。”
这项研究发表在《物理评论快报》上。
