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物理学家曾经认为原子核中的质子和中子是两种相似的粒子，所以质子和中子交换后的原子核应该具有相似的特性 。但是新的实验发现它们的特征并不相同 。物理学家表示，这一发现将改变物理学对原子核的认知 。
原子是科学家现在能观察到的物质的较小结构单位 。在每个原子内，电子围绕着带正电荷和负电荷的原子核运动 。电子的质量很小，每个原子的大部分质量几乎都在原子核上 。原子核由带电质子和不带电中子组成 。
质子数不同的原子是元素周期表上不同的物质，而质子数相同而中子数不同的原子是这种元素的同位素 。
麻省大学洛厄尔领导的一项研究在实验室创造了一种奇怪的原子核 。该项目由美国能源部资助120万美元，在密歇根州立大学的国家超导回旋加速器实验室(NSCL)进行 。
研究人员在实验室将原子核加速到接近光速，然后将其击碎，产生了一种罕见的锶-73同位素 。这种同位素包含38个质子和35个中子，它们不存在于地球环境中，但在中子星表面的X射线爆发中可以持续几分之一秒 。中子星是大型恒星爆炸后的一种高密度碎片 。
研究人员表示，大约每半个小时，加速器可以产生一个锶-73原子核，通过设备的同位素分拣器将其发送到一个复杂的检测设备，并让它们停下来，供研究人员观察其性质 。
实验不间断地进行了8天 。研究小组制造了400多个锶-73原子核，并将其与含有35个质子和38个中子的溴-73同位素原子核进行比较 。
【原子核稳定性取决于】物理学家把质子和中子交换的原子核称为“对称伙伴” 。物理学家认为质子和中子是几乎相同的粒子，因此这种“对称伴侣”原子核应该具有非常相似的特征 。
通过研究它们的放射性衰变，研究人员发现锶-73和溴-73具有完全不同的特性 。主要研究人员之一安德鲁罗杰斯(Andrew Rogers)表示，这一发现对核力的认知提出了新的问题 。
“锶-73和溴-73在结构上应该是相同的，但出乎意料的是，它们并不相同 。检测自然界物质的对称性是物理学研究的有力工具 。当对称性被打破时，就意味着我们的认知是错误的，必须进一步研究 。”
这项研究的主要作者丹尼尔·霍夫(Daniel Hoff)表示，这一发现将挑战原子核理论 。
“比较锶-73和溴-73的原子核，就像照镜子却认不出镜子里的自己 。当我们确信情况的真实性时，我们会感到兴奋 。”霍夫说 。
负责理论计算的合作研究员WitoldNazarewicz表示，这项研究提供了一个了解稀有同位素的难得机会 。“随着稀有同位素束装置(FRIB)明年的启用，将为对称核的研究提供更多线索 。”
这项研究最近发表在《自然》杂志上 。
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