Synthesis mechanism of superheavy element 120: a dinuclear system model approach with microscopic inputs

该研究利用基于有限温度协变密度泛函理论(PC-PK1)微观输入参数的双核系统模型,成功复现了已知超重元素合成实验,并预测了通过四种不同反应路径合成第 120 号元素的截面及最佳激发能。

原作者: Wei Zhang, Shi-Jie Zhang, Peng-Hui Chen

发布于 2026-04-13
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这篇论文就像是一份**“超级元素 120 号的寻宝地图”**。

想象一下,核物理学家们正在玩一个极高难度的“搭积木”游戏。他们的目标是用两个较小的原子核(积木块)去撞击、融合,造出一个从未存在过的、超级巨大的原子核——第 120 号元素

但是,这个任务太难了,就像试图在狂风中把两团湿棉花捏在一起,而且捏合的瞬间,它们还特别容易自己散架(发生裂变)。为了知道怎么捏成功率最高,科学家们需要一张精准的“操作说明书”。

这篇论文就是由张炜、张士杰和陈鹏辉三位作者编写的,他们做了一件非常聪明的事:把说明书里的所有数据,都换成了同一套“原厂标准”,不再混用不同来源的拼凑数据。

下面我用几个生动的比喻来解释他们是怎么做的:

1. 为什么要换“原厂标准”?(统一输入量)

以前,科学家在计算时,就像是在做菜:

  • 核质量(食材重量)用的是 A 菜谱的数据;
  • 裂变势垒(食材耐热性)用的是 B 菜谱的数据;
  • 能级密度(火候控制)用的是 C 菜谱的经验值。

这样做出来的菜,味道可能就不对劲,因为各个数据之间“性格不合”。

这篇论文的突破在于: 他们决定**“自给自足”。他们使用了一套名为“有限温度协变密度泛函理论”(Finite-temperature CDFT)**的高级烹饪理论(就像是一个超级厨房),用同一套逻辑重新计算了所有需要的数据(质量、耐热性、壳层修正等)。

  • 比喻: 就像他们不再去超市买不同牌子的调料,而是自己种菜、自己磨粉、自己酿酱油,确保所有食材都是“亲兄弟”,性格最合拍。

2. 他们用了什么模型?(双核系统模型 DNS)

为了预测怎么融合,他们使用了**“双核系统模型”(DNS)**。

  • 比喻: 想象两个原子核是两个带着磁铁的球。当它们靠近时,并不是直接粘在一起,而是先像两个跳舞的人一样,手拉手转圈圈(形成双核系统)。
  • 在这个过程中,它们要么成功融合成一个巨大的球(合成成功),要么因为转得太快或太慢而甩开对方(发生准裂变或弹开)。
  • 这个模型就是用来计算:在什么速度、什么角度下,这两个“舞者”能最完美地跳完这支舞,最终融为一体。

3. 他们验证了什么?(先练手,再实战)

在预测第 120 号元素之前,他们先拿已经造出来的元素做“模拟考”:

  • 冷融合(No 元素): 像用较轻的球去撞铅球。
  • 热融合(Fl 元素): 像用较重的球去撞钚球。
  • 结果: 他们的“原厂标准”计算结果,和过去几十年实验测得的数据非常吻合。这说明他们的“新菜谱”是靠谱的,可以开始做“大菜”了。

4. 最终目标:寻找第 120 号元素(实战预测)

现在,他们开始预测如何制造第 120 号元素。他们挑选了四组“搭档”(弹丸 + 靶核)进行模拟:

  1. 钛 (Ti) + 锎 (Cf)
  2. 钒 (V) + 锫 (Bk)
  3. 铬 (Cr) + 锔 (Cm)
  4. 锰 (Mn) + 镅 (Am)

他们的发现(寻宝结果):

  • 冠军选手: 钛 (Ti) + 锎 (Cf) 这一组最有希望!
    • 就像找到了最顺滑的跑道,成功率最高(截面最大,约 48.20 飞靶)。
    • 最佳“撞击速度”(激发能)是 41 MeV。
  • 亚军选手: 钒 + 锫,也有一定希望,但成功率低一些。
  • 其他选手: 铬和锰的组合,难度越来越大,成功率呈断崖式下跌。

为什么钛 + 锎最好?
因为这一对“搭档”在融合时,需要的能量交换最合理,而且融合后的“大球”最不容易散架。相比之下,用更重的弹丸(如锰),虽然也能撞,但就像用大锤子去敲鸡蛋,容易把鸡蛋敲碎(发生裂变),而不是融合。

总结

这篇论文的核心贡献是:

  1. 统一了标准: 用一套微观理论(CDFT)生成了所有计算所需的物理参数,消除了数据打架的问题。
  2. 验证了模型: 通过复现已知元素(No, Fl)的实验数据,证明了这套新方法的准确性。
  3. 指明了方向: 告诉全世界的实验室,如果想造第 120 号元素,请优先尝试用“钛”去轰击“锎”,并且控制好撞击的能量。

这就好比在茫茫大海中,他们不仅画出了一张更精准的地图,还明确标出了:“宝藏最可能藏在这个坐标,用这种船速去挖,成功率最高!”这为未来的实验节省了大量的时间和金钱。

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