[轉貼] 製造元素的新方法

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科學家提出了一個新的元素形成模型, 將超新星(supernova)爆炸時所產生的反微中子(antineutrino)考慮進去, 可以合理的解釋先前困擾科學家許久的不尋常的同位素的成因.

物理學家長久以來一直認為重元素是由恆星的爆炸所產生的, 但是根據目前較被廣為接受的原子核合成模型, 也就是超新星爆炸, 卻無法解釋一些不尋常的同位素的存在. 在發表於2006年四月十四日的Physical Review Letters中, 物理學家提出了新的解釋, 他們將超新星爆炸時產生的大量反微中子考慮進去, 就能合理地解釋這些同位素的成因了.

一般恆星最多可以將氫和氦融合到像鐵和鎳那樣重的元素, 至於更重的元素則主要從超新星而來. 超新星就是大恆星的爆炸, 而同時也會在核心的地方產生密度很高的中子星或有偶而會產生黑洞. 在這個超級熱的爆炸中, 藉由氦原子核互相結合成較重的原子核，然後這些較重的原子核再捕捉會衰變成質子的中子, 大部分較重的元素會因此而產生. 這種快速加熱反應就可以鑄造出週期表上原子序較高的元素. 但是當核子天文物理學家仔細檢視這個過程及其他細節, 時他們卻發現了一些問題. 例如, 在太陽和一些隕石中都含有相當多的鉬及釕的同位素, 也就是其質子數與中子數的比值比一般的鉬及釕還要大, 但是上述這個廣為被接受的理論模型卻無法說明其成因.

現在, 一個歐洲的研究團隊提出了另一個模型. The University of Basel, Switzerland的研究生Carla Frohlich及其同僚仔細研究超新星產生時的最初時刻的模型. 在去年他們和另一個天文物理團隊分別都發現了新生的中子星在爆炸產生的最初幾秒內, 其周圍會有一個富含質子的區域. 但已經擁有大量質子的同位素, 不可能再捕捉這些額外的質子而成為另一種元素, 因為質子與質子間的排斥力會阻止他們融合. 但是Frohlich跟同僚們在今年更發現了在這個區域裡的一些質子會與中子星產生的反微中子反應而變成中子. 這些中子在最初的這幾秒就相當的關鍵, 因為這個時候物質還是很熱, 有足夠的能量可以產生較重且質子比例較高的同位素. 有些已經到達最大質子含量的原子核會再捕捉中子而產生足夠的強作用力再去捕捉質子。在短短的幾秒內，上述的這個過程會製造出一系列穩定同位素，這些同位素則含有在核子力許可的情況下的較高比例的質子數。當然也包括了困擾物理學家許久的鉬及釕的同位素。共同作者the research institute GSI in Darmstadt, Germany的Gabriel Martinez-Pinedo 強調, 若沒有反微中子產生的大量的自由中子，這些同位素就不會產生.

Lawrence Livermore National Laboratory in California的Robert Hoffman表示, 這些不尋常的同位素的存在從原子核合成理論發展以來一直都是一個難題, 因此物理學家都認為這個模型的提出確實是個相當關鍵的進展.