研究者发现了氟的新同位素

诸平

Chart of nuclides showing the isotopes Robert J. Charity and Lee G. Sobotka discovered in green (stable isotopes are indicated by black squares, and the proton drip line is shown in blue). The new fluorine isotope, 13F, is the most removed from the drip line. Credit: Robert J. Charity, Washington University in St. Louis

Figure 1 The histogram displays the spectrum of decay energy for ¹³F determined from the invariant mass of 3p+¹⁰C events.

Figure 2 Level diagram showing the location of the newly identified 

¹³F state relative to states in ¹²O, ¹¹N, ¹⁰C, ⁹B, and ⁸Be. Energies for the ¹²O and ¹¹N excited states are from Ref. [12].

Figure 3 Spectra of decay energy for ¹²O determined from the invariant mass of the three possible 2p+¹⁰C subevents from each detected 3p+¹⁰C events.

据美国华盛顿大学圣路易斯分校（Washington University in St. Louis）2021年3月30日提供的消息，该校研究人员与美国密歇根州立大学（Michigan State University简称MSU）、康涅狄格大学（University of Connecticut）、西密歇根大学（ Western Michigan University）、加州大学伯克利分校（University of California, Berkeley）以及劳伦斯·利弗莫尔国家实验室（Lawrence Livermore National Laboratory）的研究人员合作，发现了一种氟元素的新同位素。氟是元素周期表中最具化学反应性的元素。自然只有氟的一种同位素。研究人员发现了一种新的同位素，该同位素是从质子滴线（proton drip line）中去除了4个中子。相关研究结果于2021年3月30日已经在《物理评论快报》（Physical Review Letters）网站发表——R. J. Charity, T. B. Webb, J. M. Elson, D. E. M. Hoff, C. D. Pruitt, L. G. Sobotka, K. W. Brown, G. Cerizza, J. Estee, W. G. Lynch, J. Manfredi, P. Morfouace, C. Santamaria, S. Sweany, C. Y. Tsang, M. B. Tsang, Y. Zhang, K. Zhu, S. A. Kuvin, D. McNeel, J. Smith, A. H. Wuosmaa, Z. Chajecki. Observation of the Exotic Isotope F13 Located Four Neutrons Beyond the Proton Drip Line. Physical Review Letters, 2021; 126 (13). DOI: 10.1103/PhysRevLett.126.132501.  Published 30 March 2021.

华盛顿大学圣路易斯分校的研究人员在《物理评论快报》（Physical Review Letters）上报道了对一种首次观察到的新型氟同位素¹³F。他们的发现是在密歇根州立大学（MSU）的国家超导回旋加速器实验室（National Superconducting Cyclotron Laboratory）进行的实验的一部分。

氟是元素周期表中最具化学反应性的元素。在自然界只有氟的一种同位素，氟的稳定同位素是¹⁹F；而新的同位素¹³F是从质子滴线(质子注线是原子核因质子发射而衰变的分界线)移去4个中子。

文理学院化学研究教授罗伯特·查利特（Robert J. Charity）和化学与物理学教授李·索博特卡（Lee G. Sobotka）与MSU、西密歇根大学以及康涅狄格大学的研究小组合作完成了此项发现。

罗伯特·查利特说：“研究具有如此之多的中子或质子过量的奇异核，对理解元素的合成具有相当大的兴趣，尽管它们的寿命非常短。” “这些同位素中有许多具有奇异的性质。”同位素¹³ F是罗伯特·查利特和李·索博特卡共同发现的第五种新同位素。

罗伯特·查利特说：“所有的新同位素都富含质子，并且对质子的释放不稳定。这些同位素中能量的最高质子可以隧穿库仑势垒（Coulomb barrier）并逃逸。”

罗伯特·查利特说，该实验的最初目的是制造一种新的氧同位素，称为“轻量级氧气（featherweight oxygen）”，这是《物理评论快报》先前报道的一项技术成就。做出这一发现后，研究人员非常仔细地研究了他们的数据，并挑出了¹³F的证据。

氟的新同位素经由与¹³O束的电荷交换反应产生的，即¹³O中的一个中子被除去，由一个质子所取代。

罗伯特·查利特说：“过去，这种电荷交换反应通常不用于产生非常富质子的同位素。但是，我们已经在计划使用这种反应机制寻找另一种新的同位素。”

上述介绍仅供参考，更多信息敬请注意浏览原文或者相关报道。

Abstract

A ¹³F resonance was observed following a charge-exchange reaction between a fast ¹³O beam and a ⁹Be target. The resonance was found in the invariant-mass distribution of 3p+¹⁰C events and probably corresponds to a 5/2⁺ excited state. The ground state was also expected to be populated, but was not resolved from the background. The observed level decays via initial proton emissions to both the ground and first 2⁺ state of ¹²O, which subsequently undergo 2p decay. In addition, there may also be a significant proton decay branch to the second 2⁺ level in ¹²O. The wave function associated with the observed level may be collectivized due to coupling to the continuum as is it located just above the threshold for proton decay to the 2₂⁺ state of ¹²O.