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研究超重元素的新技术

超重元素是令人感兴趣的核和原子量子系统,它们挑战着实验探测,因为它们并不存在于自然界,而且一旦合成,几秒钟内就消失了。将原子物理研究的前沿推向这些元素,需要具有极高灵敏度的快速原子光谱学技术的突破性发展。在欧盟“地平线2020”研究和创新计划的共同努力下,美因茨Johannes Gutenberg大学(JGU)的Mustapha Laatiaoui博士提出了一项光学光谱方案:所谓的激光共振色谱(LRC)将使此类研究成为可能,即使是在微小的生产数量上。这个提议最近发表在《物理评论快报》和《物理评论A》上的两篇文章中。

在元素周期表的底部发现了超重元素。它们为理解这些奇异原子如何存在和工作的发展提供了肥沃的土壤,尤其是当原子壳层中的绝大多数电子和原子核中的质子和中子聚集在一起时。深入了解他们的电子结构可以通过光学光谱实验揭示元素的特定发射光谱。这些光谱是现代原子模型计算的强大基准,可能会有用,例如,当它用于寻找更重的元素的痕迹,这些元素可能在中子-恒星合并事件中产生。

LRC方法结合了不同的方法

尽管她在几十年前就被发现了,但他们通过光学光谱工具进行的研究远远落后于合成。这是因为它们的产量极低,传统方法根本不起作用。到目前为止,光谱学只研究了元素周期表中的102号元素——铌。Laatiaoui解释说:“目前的技术已经达到了可行性的极限。”从下一个较重的元素开始,其物理化学性质突然发生变化,阻碍了以合适原子状态提供样品。”

因此,这位物理学家和他的研究同事们在光谱学中开发了新的LRC方法。这种方法结合了离子迁移质谱和激光光谱的元素选择性和光谱精度,并将高灵敏度的优点与激光诱导荧光光谱法中光学探测的“简单性”相结合。它的关键思想是检测谐振光激发的产物,而不是像往常一样基于荧光,而是基于它们对粒子检测器的漂移时间。

在他们的理论工作中,研究人员集中研究了单电荷的劳伦斯元素103号元素,以及它较轻的化学同源物。但是,这个概念提供了无与伦比的方法来研究周期表上许多其他单原子离子的激光光谱,特别是过渡金属,包括高温难熔金属和劳伦斯元素以外的元素。其他离子种类,如三价钍也将在LRC方法的范围内。此外,该方法能够优化信噪比,从而减轻离子迁移率测定、状态选择离子化学和其他应用。

Mustapha Laatiaoui博士于2018年2月来到美因茨Johannes Gutenberg大学和美因茨Helmholtz研究所。2018年底,他获得了欧洲研究理事会(ERC)的ERC整合者资助,这是欧盟最有价值的资助之一,用于利用激光光谱学和离子迁移谱学研究最重元素。目前的出版物还包括Laatiaoui以前在达姆施塔特和比利时库鲁汶的GSI Helmholtzzentrum fur Schwerionenforschung进行的工作。

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