激光光谱学首次提供了对诺贝尔原子核的一瞥

使用激光光谱学探测了锕系元素诺贝尔，首次提供了原子序数高于100的元素的核性质的详细测量。

计算氢原子的能级是一个教科书式的量子力学问题。但随着原子越来越重，有多个质子、中子和电子在复杂的吸引和排斥舞蹈中，计算变得更加混乱和不确定。最重的元素很难产生，而且衰减很快，所以用实验验证这些计算是极其困难的。

有各种技术可以对原子核进行光谱学分析。诸如核磁矩等参数不能直接测量，而必须使用模型从其他数据中计算出来。由于存在各种重原子核模型，这可能导致对参数的预测有争议。

在另一种技术中，激光光谱学测量原子中特定电子跃迁的频率。这些跃迁频率直接揭示了原子核性质的信息，而不需要对其结构进行预先假设。“激光光谱学被广泛用于研究已知原子核的奇异同位素，”他说塞巴斯蒂安·雷德尔德国美因茨亥姆霍兹研究所的教授，他领导了这项工作。然而，它从未被用于研究原子序数超过100的元素。他解释说，需要几项创新才能“真正将技术推向极限”。

雷德尔和他的同事们利用位于德国达姆施塔特的UNILAC加速器向铅靶发射高强度的钙离子束，产生了锕系元素诺贝尔的三种不同同位素(原子序数102)。尽管在元素周期表中，与相邻元素相比，诺贝尔元素更容易产生，但研究人员从4.4 x 10的钙离子通量中每秒最多获得4个诺贝尔离子¹²每秒粒子数。因此，他们需要比传统激光光谱学更有效地研究这些离子。

这些离子首先被中和，然后用两束激光探测。第一激发态原子从基态到第一激发态;第二个原子从第一个激发态电离出来。通过收集产生的离子，研究人员可以测量由第一束激光从地面激发到第一激发态的原子的比例，从而推断出所有三种同位素第一激发态的能量。他们使用了各种最先进的原子计算——所有的误差都在预期范围内——将这些与原子核的形状、自旋和结构联系起来。

问题解决

在一些预测中，如核磁矩²⁵³不，理论模型之间存在显著差异。雷德尔解释说:“我们可以肯定地说，一篇论文中陈述的某个值比另一篇论文中陈述的另一个值更符合我们的结果。这是一个悬而未决的问题，我想我们现在已经解决了。”在其他一些理论模型相当吻合的实验中，他们的发现证实了预测。雷德尔说:“这第一次给了我们一些基本的确定性，即我们理解了最重元素的物理学。”

核物理学家保罗Greenlees芬兰Jyväskylä大学的教授对此印象深刻。他说:“最初的工作很大程度上依赖于最先进的原子理论，他们开发的在诺贝尔中进行激光光谱学的方法令人难以置信地令人印象深刻，现在他们可以将结果与最先进的核结构理论进行比较。”他补充说，这项工作对超重元素中电子结构模型的验证本身就很有趣。“当质子数越来越多时，原子结构中就会出现很多相对论效应。研究人员开发的技术变得越来越敏感，因此他们将能够获得越来越高的质子数。核理论和核实验、原子理论和原子实验之间有很好的协同作用。”