来自增强稳定性之岛的问候：对元素周期表极限的探索

　　自世纪之交以来，已经发现了六种新的化学元素，并随后被添加到元素周期表中，这是化学的标志。这些新元素的原子序数高达118，比铀重得多，铀是原子序数最高的元素(92)，在地球上发现的数量较多。

　　这就提出了以下问题:还有多少超重物种等着被发现?在创造这些元素的过程中，根本的限制在哪里?所谓的增强稳定岛的特点是什么?

　　在最近的一篇综述中，最重元素及其原子核的理论和实验化学和物理专家总结了主要挑战，并对新的超重元素和元素周期表的极限提出了新的看法。

　　其中一位是来自达姆施塔特GSI Helmholtzzentrum fr Schwerionenforschung，美因茨约翰内斯古腾堡大学和美因茨亥姆霍兹研究所(HIM)的Christoph dllmann教授。在二月份的《自然评论物理学》杂志上，这个话题被作为封面故事。

　　早在上世纪上半叶，研究人员就意识到原子核的质量小于其质子和中子组成的总质量。这种质量上的差异决定了原子核的结合能。一定数量的中子和质子导致更强的结合，被称为“魔法”。

　　事实上，科学家们很早就观察到质子和中子在与电子壳层类似的单个壳层中运动，金属铅的原子核最重，完全填满的壳层包含82个质子和126个中子——一个双重神奇的原子核。

　　早期的理论预测表明，下一个“神奇”数字的额外稳定性，远离当时已知的原子核，可能会导致与地球年龄相当的寿命。这导致了所谓的超重核稳定岛的概念，超重核与铀和它的邻居被不稳定的海洋隔开。

　　有许多稳定岛的图形表示，把它描绘成一个遥远的岛屿。自从这幅图像出现以来，已经过去了几十年，所以现在是时候重新审视超重核的稳定性，看看通往质量和电荷极限的旅程可能会把我们引向何方。

　　在他们最近发表的题为“对超重元素的探索和元素周期表的限制”的论文中，作者描述了这些超重元素领域的当前知识状态和最重要的挑战。它们还提出了对未来发展的关键考虑。

　　在世界各地的加速器设施中，例如在达姆施塔特的GSI，以及将来在GSI建造的国际加速器中心FAIR，已经在实验中产生了直到组织的元素(118号元素)，命名并列入元素周期表。这些新元素非常不稳定，最重的元素最多在几秒钟内就会分解。

　　更详细的分析表明，它们的寿命向神奇中子数184增加。以GSI发现的哥白尼(112号元素)为例，其寿命从不到千分之一秒增加到30秒。然而，要达到184号中子还有很长的路要走，所以30秒只是前进的一步。

　　由于理论描述仍然容易存在很大的不确定性，因此对于最长寿命将发生在哪里以及它们将持续多长时间，没有达成共识。然而，人们普遍认为，真正稳定的超重核不再是可望而不可及的。

　　这在两个重要方面导致了对超重景观的修订。一方面，我们确实到达了加强稳定区域的岸边，从而在实验上证实了加强稳定岛屿的概念。另一方面，我们还不知道这个区域有多大——继续看图片。最大的寿命是多长，岛上的山的高度通常代表着稳定性，最长的寿命会出现在哪里?

　　Nature Reviews Physics这篇论文讨论了有关原子核和电子结构理论的各个方面，包括在实验室或天体物理事件中超重原子核和原子的合成和探测，它们的结构和稳定性，以及当前和预期的超重元素在元素周期表中的位置。

　　对超重元素的详细研究仍然是GSI达姆施塔特研究项目的重要支柱，由HIM和约翰内斯·古腾堡大学的基础设施和专业知识提供支持，形成了这类研究的独特环境。

　　在过去的十年里，取得了一些突破性的成果，包括对它们的生产进行了详细的研究，从而确认了117号元素的存在，并发现了寿命相对较长的同位素劳伦斯-266，通过各种实验技术确定了它们的核结构，确定了它们的原子壳结构以及化学性质，其中flerovium(114号元素)代表了化学数据存在的最重的元素。

　　2017年首次通过实验观察到的对宇宙中产生的计算，特别是在两颗中子星合并期间的计算，为研究组合画上了句号。在未来，由于新的直线加速器HELIAC，超重元素的研究可能会更加有效，最近在HIM组装了第一个模块，然后在达姆施塔特成功地进行了测试，因此，进一步的，甚至更奇特的，因此可能更长寿的原子核也将在实验上实现。

　　关于GSI的元素发现和首次化学研究的概述，可以在2022年5月发表在《放射性化学学报》上的文章《GSI超重元素发现和化学研究的五十年》中找到。