科学家们刚刚在一个巨大的原子粉碎机中创造了世界上最轻的镁——一种前所未见的同位素，其原子核中只有六个中子。
虽然这种物质分解得太快而无法直接测量，但研究人员希望他们的发现将帮助科学家更好地了解原子是如何构造的。这是因为这种奇异的同位素——其原子核中的中子比平时多或少的化学元素的版本——可以帮助定义科学家用来弄清楚原子如何工作的模型的限制。
东兰辛密歇根州立大学稀有同位素束设施的化学家凯尔布朗说：“通过测试这些模型以使它们变得越来越好，我们可以推断出事情是如何在我们无法测量的地方工作的。” “我们正在测量我们可以测量的东西来预测我们不能测量的东西。”
他说，新的镁同位素——称为镁 18——不会填补有关原子的科学知识的所有空白，但这一发现将有助于完善科学家为解释它们而开发的理论。根据研究总结，特别是，该团队对同位素放射性衰变产物的测量为围绕原子核运行的电子的结合能提供了新的见解。
原子核
在正常情况下，纯镁是一种柔软的灰色金属，原子序数为 12，这表明它的原子核中有 12 个质子——带正电荷的粒子。它非常易燃，燃烧的镁条发出的强烈白光经常让化学课上的学生眼花缭乱。
像许多化学元素一样，镁起源于老化恒星的聚变反应，之所以在地球上发现它，是因为那些早已死亡的恒星作为超新星爆炸并“播种”了形成我们太阳系的星际云。镁是相对丰富的地球的地壳和它在许多生物和工业化合物重要的化学作用。
镁最常见的稳定同位素在每个原子核中都有 12 个中子——带中性电荷的粒子，因此这种元素的原子质量为 24。因此，它被称为镁 24。
在他们的实验中，研究人员在密歇根州立大学的国家超导回旋加速器实验室（一个圆形的超高能粒子加速器）内将一束镁 24 原子核加速到光速的一半左右。然后，他们向由铍制成的金属箔目标发射了高速镁核束。
在该过程的该步骤中，碰撞产生了一种较轻的镁同位素“汤”，研究人员可以从中选择——其中不稳定的同位素镁 20，每个原子核仅含有 8 个中子，并在十分之几秒内发生放射性衰变。
然后，研究人员争分夺秒地向大约 100 英尺（30 米）外的另一个铍目标发射镁 20 原子核——再次以大约一半的光速发射。
由此产生的碰撞产物之一是新发现的同位素镁 18，它是有史以来“最轻”的镁同位素，其原子核中有 12 个质子和 6 个中子。
稀有同位素
大多数原子核迅速用来自环境的电子（带负电荷的粒子）“掩盖”自己并成为元素原子，然后可以与其他类型的原子结合形成化合物。
但是新发现的镁 18 同位素非常不稳定，寿命也很短：由于中子很少，原子核很快就会分崩离析，有一个半衰期——一半的原子核从放射性衰变中解体所需的时间——不到六分之一秒，或 10^-21 秒。
这意味着，它消失得太快，以至于镁 18 核甚至没有机会用电子掩盖自己，因此它作为“裸”核存在——而且只是非常短暂地存在。
事实上，这种同位素的寿命很短，以至于镁 18 从未离开铍靶，而是在其中衰变——因此研究人员从其衰变的迹象中推断出它的存在：杂散质子和同位素氖 16 和声明说，氧气-14。
“这是一个团队的努力，”布朗说。“这非常令人兴奋——并不是每天都有人们发现新的同位素。”
科学家们现在已经确定了元素周期表中 118 种常见元素的数千种同位素，而且每年都会发现更多。
“我们正在向桶中添加水滴，但它们是重要的水滴，”布朗说。“我们可以把我们的名字写在这个上，整个团队都可以。我告诉我的父母，我帮助发现了这个以前没有人见过的核心。”
布朗是上周发表在《物理评论快报》杂志上的一篇描述这一发现的文章的主要作者。中国北京大学和圣路易斯华盛顿大学的科学家也参与其中。
