原子核内蕴藏的巨大能量如何可控释放,一直是个科学难题。早期研究曾将“钥匙”锁定为电子,但理论与实验的巨大差异让谜团加深。经过两轮高精度实验的“破案式”追踪,中国科学家最终找到了敲开原子核大门的真正“钥匙”,这项发现为未来原子核能量的应用铺平了道路。
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美国研究曾认为电子是释放原子核能量的“钥匙”,但理论与实验相差十亿倍。
中国团队通过首轮高精度实验,成功排除了电子是“开门人”的嫌疑。
第二轮实验将探测精度再提高一个量级,锁定了真正的“真凶”。
最终确认,是靶材料的原子核通过库仑效应激发了同核异能态。
这项历时七年的研究以“编辑推荐”形式发表于《物理评论快报》。
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从理论的巨大鸿沟到实验的精准验证,这场持续七年的“微观悬案”追踪,不仅揭示了原子核能量释放的真相,更展现了中国科学家严谨求实的探索精神。以下是如何一步步锁定“真凶”的。
悬案的起源
原子核的同核异能态是一种能量极高、寿命较长的特殊状态,如同微观世界的大坝,储存着巨大能量。如果能找到释放方法,其应用潜力不可估量。2018年,美国阿贡实验室团队在《自然》发文,宣布通过电子俘获发现了钼-93同核异能态的激发现象,几率高达1%。
然而,这一结果与理论预测值相差了惊人的10亿倍,如此巨大的反差让中国科学院近代物理研究所的郭松研究员团队对结论产生了强烈的好奇与质疑。
首轮追踪排除嫌疑
为了在复杂的本底中精准捕捉稀有事件,郭松团队提出一个更巧妙的实验方案,利用兰州重离子加速器的分离流线,将产生目标核的初级反应与测量激发的反应彻底分开。
然而,经过精心设计的首轮实验,团队并未观测到任何由电子“敲门”而引发的能量释放现象。他们将测量精度显著提高后,给出的实验激发几率上限仅为十万分之二,这一结果于2022年发表于《物理评论快报》,基本排除了电子作为“开门人”的可能。
锁定真凶靶核自激
首轮实验虽成功,但“真凶”仍逍遥法外。团队决定再次出击,对所有实验条件进行极限优化,将探测精度又提高了一个数量级。这次,他们清晰地鉴别出目标离子,产生的数量比首次实验多出一个量级。
通过精确探测特征伽马谱线,团队提取的数据与“库仑非弹性散射”理论预测完美重合。结论水落石出:敲开原子核大门的并非“邻居”电子,而是靶材料自身的原子核。
展望未来之路
这项历时七年、两轮追踪的突破性成果,再次以“编辑推荐”的形式发表于《物理评论快报》。科学家们并未停下脚步。
未来,在即将投入运行的强流重离子加速器装置(HIAF)上,更强的束流或许能真正捕捉到由电子引发的稀有事件。正是这场曲折的探索,为最终解开原子核能量释放之谜扫清了障碍,铺平了道路。
这桩持续数年的微观悬案,最终以严谨的科学实证画上了句号。它不仅修正了此前的错误结论,更重要的是揭示了原子核能量释放的全新机制。随着新一代加速器的建成,人类距离真正驾驭这股微观世界的巨大能量,还有多远?