德科学家首次用离子阱精确测量锘原子质量

以德国亥姆霍兹重离子研究中心(GSI)为首的一个国际研究小组首次成功使用离子阱捕获了102号元素锘的原子，并精确测量了锘原子的质量。该方法使获得长寿命的超重元素成为可能。相关研究成果发表在近期的《自然》杂志上。

除了地球上自然存在的92种元素外，科学家们已陆续发现20多种人为产生的化学元素。在这些元素中，原子序数超过103(或105)的元素被称为超重元素。到目前为止所生成的超重元素的寿命都很短，大多在秒和毫秒的量级。由于超重原子核数量少且寿命短，科学家们一直无法直接测量它们的质量和电荷，只能通过测量它们的α衰变链来间接推断。

现在，由GSI主任迈克尔?布洛克领导的国际科研小组成功研制出一套复杂的试验装置SHIPTRAP，并将其与曾发现6个超重元素的速度过滤器连接在一起，不仅成功捕获了锘原子，还精确测量了它的质量。

科学家们先用加速器发射的钙离子轰击铅箔来产生锘，然后用过滤器将锘与其他反应产物分开。在SHIPTRAP装置中，锘离子先在充满气体的空腔中被减速，然后被所谓的彭宁离子阱捕获。在离子阱磁场的作用下，锘离子在一个很小的螺旋轨道上以特定的频率运动，通过它锘原子的质量可以被直接计算出来。测量的精度可以达到百万分之五。

这是首次在没有理论假设的帮助下，以空前的精度直接确定锘原子的质量。而质量是原子的一个基本属性，通过它可以直接计算出原子组成的结合能。反过来，这也决定了原子的寿命或稳定性。因此，科学家们认为在离子阱中可能会发现寿命非常长的超重元素。

迈克尔?布洛克表示，锘原子质量的精确测量只是他们新研发的测试设置SHIPTRAP成功的第一步。他们现在的目标是要继续完善测试装置，向越来越重的元素前进，将来或许有一天能够到达超重稳定岛。
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