【元素家族-連載244】還會有新元素嗎？

上一集最後的問題：「還會有第八周期的新元素嗎？」你怎麼看？

其實，到了第七周期的尾部，元素的半衰期越來越短，115號元素「釒莫」以後，已發現的最穩定同位素的半衰期沒有超過1秒的，118號元素「奧氣」的最穩定同位素Og294的半衰期只有0.69毫秒。按照這個規律，更重的元素半衰期將更短，瞬間就會發生衰變。那麼，再往下去尋找新元素，還有意義嗎？

【根據半衰期不同將元素塗成不同的顏色，紫色為半衰期小於10秒。】

現在我們知道，一種同位素的半衰期長短，來自這種原子核內部的性質。最早去研究原子核內部規律的，是一位女科學家——梅耶。

梅耶有幸參加了「曼哈頓計劃」中的一個邊緣項目，她開始對宇宙中各種元素的丰度產生興趣。她觀察分析了各種同位素的半衰期，尤其是鈣這種20號元素竟然豐富到與它的序號不成比例。於是，她腦洞大開，提出了「幻數理論」，在質子數和中子數為 「幻數」時，原子核就比較穩定，而當兩者均為「幻數」時，這種「雙幻數」的原子核具有雙倍的「魔力」，因此更加穩定。

根據她的觀察，2，8，20，28，50，82都是幻數，後來發現126可能也是一個幻數，現在又發現了很多新的幻數，比如6，14，30，看來原子核里還有不少秘密等待我們去發掘呢。

【1963年諾貝爾物理學獎得主之一：梅耶女士。】

在「幻數」腦洞的基礎上，梅耶提出了原子核的「殼式模型」。

在此之前，科學界對於原子核結構的理解來自伽莫夫的「液滴模型」，原子核就是一團質子液體和中子液體組成的液滴，和最早湯姆遜的棗糕原子模型好有一比。

而梅耶的「殼式模型」指出，和原子里的電子類似，原子核里也有很多的殼層，質子和中子位於不同的殼層上運動，它們也滿足泡利不相容原理。

看看吧，盧瑟福用「金箔實驗」打開了原子之後，玻爾、薛定諤、狄拉克、泡利等一代人的努力，「混」了那麼多諾獎，終於認識了原子內部結構，懂得了如何讓電子排排隊。而梅耶一人就將原子核內部結構推進了一大步，她的貢獻至少相當於盧瑟福+玻爾+泡利，可是給予她的只有一個諾獎——1963年諾貝爾物理學獎。

【1963年諾獎典禮上，梅耶女士和瑞典國王在一起。】

基於梅耶的「殼式模型」，西博格提出了「穩定島理論」。按照質子數和中子數為x、y軸，所有同位素都將找到自己的「坐標」，根據已有的數據，質子數、中子數越高，同位素越不穩定。但「穩定島理論」預言到：可能在114號、120號、126號元素附近，由於它們符合「幻數」理論，將會有穩定的同位素存在。

【穩定島理論示意圖，顏色越紅，同位素越穩定，半衰期越長；顏色越藍，同位素越不穩定，半衰期越短。在最右邊也出現一個漂浮於藍色大海之上的紅黃色小島——穩定島。】

如果你細心看了上一篇文章，可能要冒出來：「114號元素不是已經發現了嗎？穩定島不穩定島什麼的，應該可以驗證了吧。」

事情遠沒這麼簡單！

到目前為止，科學家們已經得到了七種114號元素釒夫的同位素，原子量最小的是284，最大的是290，最穩定的是釒夫289，半衰期也只有1.9秒。而按照「穩定島理論」的預言，釒夫298才算符合「幻數」理論，擁有較長的半衰期。

【到現在，我們只找到了釒夫289，釒夫298遙不可及。】

既然如此，那就把釒夫298製造出來唄。

這又談何容易！

前面我們已經提過，原子序數越大，穩定的原子核內需要的中子就越來越多。比如碳、氧這些輕元素，質子中子比在1：1；到了鐵、銅，中子數就要多一點，質子中子比達到了1：1.15；而到了放射性元素，比如鈾、鐳，質子中子比就要達到1：1.5以上。你算算釒夫298的質子中子比？是1：1.6以上。

那麼，用沒有多餘中子的輕元素，如何能合成需要很多多餘中子的超重元素呢？

【原子核有太多秘密等待著我們。】

如果你足夠聰明，應該可以理解上一集里，為何奧格涅斯揚選擇了鈣48這種「超級炮彈」了。

鈣48有20個質子和28個中子，恰好符合「幻數」理論，是一種雙幻數同位素。雖然它的質子中子比已經嚴重偏離了正常的鈣40，但依然非常穩定，半衰期比宇宙年齡還長，它真是「幻數」理論的鐵證！之所以使用這種「超級炮彈」，還不過是因為它能帶來多餘的中子。

雖然如此，鈣48里的多餘中子還是太少了，要合成釒夫298還是力有不逮。有科學家估計，如果真的要合成釒夫298，得用鈾238來當「炮彈」，預計的核反應式如下：

鋦248+鈾238→釒夫298+鎢186+2中子

在目前，這還是天方夜譚，先想想如何得到足夠多的鋦248吧。

【鈣48也會衰變成鈦48，只不過半衰期比宇宙年齡還長。】

上世紀西博格的穩定島預言還未實現，奧格涅斯揚又開始新的腦洞。2008年，他提出，164號元素可能會是第二個「穩定島」，它原子量為482的同位素可能會超級穩定。

基於科學理論的幻想可能不值一提，可能錯漏百出，但這確是人類最寶貴的想像力和探索精神！

我相信，一個世紀後的新新人類將擁有一個完全不一樣的元素周期表，他們一定會寫出更加精彩的《元素家族》！

【對原子核的研究讓我們放飛思想。】

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