神秘的原子核微观空间艺术假想图。
原子核裂变后，为什么碎片都是自旋的状态？这个问题对于改善核能设施的设计具有重要意义，可是已经困扰了科学家四十几年。最近发表的一份研究说，通过实验终于找到了答案——这就和像皮筋被拉断的情形一样。
一般人们都能理解，一个物体要开始旋转，必须有个初始的力量才合理。所以科学家一直很困惑，原子核裂变后的各部分为什么都具有自旋的角动量。
这份研究的主要作者法国巴黎-萨克雷大学（法语：Université Paris-Saclay）的核物理学家威尔逊（Jonathan Wilson）说：“这看起来就像无中生有一样奇怪。自然在和我们玩魔术。一个不在自旋的物体，分裂后的两个部分都在自旋。”
以前的研究发现核裂变具有这样一个过程，原子核内质子互相挤兑使得原子核变得不稳定，加上质子都是带有正电荷的粒子，它们自然会互相排斥，导致原子核被拉长，分成两个部分，中间出现一个较窄的瓶颈地带。当原子核最后被拉断，两个部分从瓶颈的地方断开，快速分离。
在过去几十年里，科学界对此主要有两类的解释。一类认为这种旋转的因素是在裂变之前产生的，由于原子核内粒子的弯曲、扭动、倾斜等因素，由粒子的热激发、量子波动或两者共同作用出现动能；另一类解释认为这是在原子核裂变之后发生的，由于碎片内质子间的相互作用力导致碎片自旋。
这份2月24日发表于《自然》（Nature）期刊的研究下结论说，这种自旋是在裂变之后发生的。
没有参与这份研究的同行、华盛顿大学的核物理学家伯奇（George Bertsch）说：“这是了不起的新数据，对我们了解核裂变过程是个重要的进展。”
这份研究对钍232、铀238和锎252等多种不稳定的同位素进行实验，聚焦于它们裂变之后放射的伽马射线进行分析。伽马射线内承载着裂变后碎片的自旋信息。
威尔逊说，如果旋转是在裂变之前已经出现，那么两个部分的旋转应该是对等的，但是方向相反。“可是我们观测到的情况不是这样。”研究人员观测到每个部分各有自己的旋转方式，与另一部分无关。他们观测了多种同位素，情况都是这样。
研究人员估计，当原子核被拉伸断裂后，碎片变成泪滴一样的状态，也具有表面张力，倾向于变成球形。而这个过程释放的能量使得碎片升温和自旋，有点像拉断一根橡皮筋后，碎片无序乱弹的情形。
威尔逊承认说，他们的理论也是简化的情形，“能解释85%不同的情形，但是需要更完善的理论才能做出更准确的预测。”
研究者表示，这项研究不仅解答了几十年来的谜题，更重要的是有助于科学家未来更好地设计核反应设施。◇
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来源：大纪元记者高文森编译报导
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