0号元素

0号元素

中子元素
0号元素,有時又被稱為中子元素,是指原子中僅含中子,不含質子的一種元素,或純粹隻由中子組成的物質。1926年物理學家安德利亞·馮·安德羅波夫發明了這個詞,那時甚至還沒有中子的概念。安得羅波夫将0号元素放在了元素周期表最開始,以代表其質子數比氫還要少。然而,該術語的含義随着時間發生了改變,從20世紀後半葉起,這個詞被用來指一種密度極大的物質,最早被用于科幻小說中,代表一種密度極大的奇特元素,直到在中子被發現後,0号元素已主要指代中子星内部存在的一種高密度、無質子的元素,目前多以多中子核物質來表示許多中子聚集在一起所形成的核素,這種物質目前僅存在于中子星内部。直到現在,這個詞的使用尚有争議。[1]
    中文名:0号元素 外文名: 别名: 英文名:Neutronium 别稱:中子元素,四中子 化學式:Nu(n) 分子量:4.03464 CAS登錄号:12586-31-1 熔點:暫無 沸點:暫無 密度:無數據 物态:氣體(推測) 氧化态:0

表示法

在某些文獻中,0号元素被簡記為Nu或Nt,這一詞來自neutrium

但大部分的文獻還是以“中子”記載,記為小寫n,大寫N會與氮元素沖突,另外也有将n重複兩次避免與氮元素沖突的寫法:nn。

在周期表中的位置

0号元素是1926年科學家安德利亞·馮·安德羅波夫提出的猜想,他認為可能存在不包含質子與電子隻由中子組成,即原子序為0的化學元素,它就将該元素放置于元素周期表的最開頭,即氫的前面。它随後也被一些科學家擺在元素周期表中的幾種螺旋陳述之元素分類中,像查爾斯·珍妮特(1928)、E.I.Emerson(1944)、JohnD.Clark(1950)、和inPhilipStewart'sChemicalGalaxy(2005)。

雖然這一詞在科學文獻中不代表元素或高密度的簡并态物質,但曾有報導指出除了自由中子以外,可能存在兩個中子有強核力束縛的核素。若要将0号元素擺入周期表,應該要放在氦的上面而不是氫的上面或前面,但是目前除了少數讨論某些核素或同位素的場合之外,不會将0号元素放入周期表中。

同位素

在中子的同位素(或0号元素的同位素)中,隻有n比較穩定,半衰期最長(614.6秒),其他的同位素非常不穩定(n指自由中子)。

雖然0号元素還沒有在科學文獻中使用(故此稱為中子的同位素),無論是一個簡明的物質形式,或作為一個元素,有報導稱,除了自由中子,有可能存在兩個中子沒有質子或多個中子沒有質子的結合形式,于2012年正式觀測到n,并測得半衰期為10秒。

另外,n、n等,可能較穩定,在2004年的法國,發現了4個在一起的中子,被稱為0号元素。

但n根據目前的模型來看,應該比其他的更不穩定,故不列出。

另外,n隻是符号,實際上不代表任何東西,因為沒有東西,故不列出。

符号

Z(p)

N(n)

質量(u)

半衰期

原子核自旋

相對豐度

相對豐度的變化率

1n

0

1

1.00866

15分鐘(881.5±1.5秒)

1/2+

2n

0

2

2.01732

10-22

0+

4n

0

4

4.043#

0+#

5n

0

5

(5.04)

(3/2)-#

6n

0

6

(6.05)#

11n

0

11

(11.1)#

20n

0

20

(20.17)#

畫上#号的數據代表沒有經過實驗的證明,隻是理論推測而已,而用括号括起來的代表數據不确定性。

性質

0号元素與原子序大于零的元素有很大的差别,因為它沒有電子層,或電子無法穩定的存在它周圍形成軌域,因此該原子是不完整的(所謂完整的原子要有原子核和電子殼層)。

目前将中子當作元素單質探讨其性質的研究相當的少,因此無法确定其相态變化等物理性質,多半是以研究單一中子動能之中子溫度為多,目前隻知道中子在高壓下能以簡并态存在,即中子星,亦有理論指出該相态的結構可能是一種立方密堆積的結構,以獲得更高的堆積密度。

在化學性質中,曾有研究指出,中子和電子能以類似離子的形态呈現,即中子電子對(英語:neutron-electronpair,n-e)。雖然中子不帶任何電荷,但它有微小的電荷分布。

因此電子能在中子周圍以軌域效應束縛,但是不與自旋和角動量相關,減少了基本上與中子的磁矩和電子的電場之間的相互作用。不同的是貢獻給中子電子對的相互作用顯然是更小的,作用力的産生可能是由于中子内的電荷和電流的分配。雖然中子電子對相互作用非常弱,已經在幾實個驗中觀察到。

但由于該型态的中子離子結合能非常弱,因此很容易分開,因此更不可能形成化合物。因此,0号元素在化學上可以視為完全惰性(依據稀有氣體周期表的趨勢,确實是如此),因為很難有電子能使它參與化學鍵的結合。

它不能形成穩定的離子,因為沒有質子可以協助它拉住電子,因此,它無法形成晶格,不能以剛體的形式存在,因此它很可能隻有液相和氣相兩種相态,然而在極端的壓力與巨大的重力影響下可以形成簡并态的超固體,即中子星的結構。

穩定度

中子的衰變反應如下:n→p+e+ve,半衰期約16分鐘。

與中子星的關系

中子星大緻分成三層,核心部分因壓力更大,由超子組成;中間層則是自由中子,表面因中子進行β衰變成電子、質子、中微子。因具有原子核的某些包括密度在内的性質。因此,在流行的科學文獻中,中子星有時被稱為巨型原子核。然而在其他方面,中子星和真正的原子核是很不一樣的。例如,原子核是靠強相互作用結合在一起,而中子星是靠引力相互作用結合在一起。根據當今主流理論,把它們看作天體會更正确一些。

用途

奇異物質

零号元素可以作為制作奇異物質的一種方式。

奇異物質的最小号版本“H雙重子”(有時也稱為ΛΛ雙重子态,S=-2,I=0,B=2,J=0,誇克态udsuds或uuddss),是由RobertL.Jaffe在1977年開啟的系列工作所提出的,其後的研究者又提出了D*、N-ω、ω-ω雙重子态及其他的更低能階多誇克穩定态。奇異物質的一個主要的實驗構思是使用零号元素(Neutrium),或者是稱為四中子(Tetraneutrons)的物質,或是更進一步使用多中子物質(Polyneutron)。H粒子無法儲存,因而不可能對奇異物質進行實驗,但多中子物質卻還有機會及技術能力來達成,透過瞬間高密度高能激光加壓産生局部的中子星内環境,達成下述反應:

4n(Neutrium)→4u+8d

4u(1)+4d→4u(2)+4s

4u+4d+4s→4Λ

2Λ+2Λ→2H

nH→S(Strangelet,奇異滴反應)

使得一個零号元素變成兩個H粒子,然後再創造高密度加壓環境使H粒子進入更穩定的多誇克态直到轉變成奇異物質。非理論主流封閉而不對外發表論文的量子蟲洞學派曾經進行過類似的實驗,以低溫玻色愛因斯坦凝聚态進行高密度高能激光加壓,試圖産生量子蟲洞,透過非正式管道流出的非公開實驗結果說明這種方法可能因為需要突破誇克禁閉,而導緻場勢的能階提升而無法進入穩定态(該實驗因資金不足無法達成精度及指向性而最終宣告探測失敗)。

nH→S奇異滴反應如果是連鎖反應,則是個極端危險的實驗,學術研究如果确定其發生可能性後,應當禁止此項實驗于地球上進行。

在小說中

術語“0号元素”自20世紀至少中間一直在科幻小說受歡迎。它通常是指一種密度極大、令人難以置信強大的物質型态。同時通過中子星内中子簡并态物質概念的啟發,小說中容忍最多隻有一個膚淺的相似之處,通常被描述為一個在類地行星條件下非常強大的固體,或擁有奇異物質的屬性,如有操縱時間和空間能力之材料。相比之下,中子星的核心可能的物質形式是流體和極不穩定的壓力,其穩定性比恒星内核發現的還低。根據一個分析,中子星的質量低于約0.2個太陽質量就會爆炸。

在哈爾·克萊蒙特(HalClement)的1942年短篇小說《Proof》當中,“0号元素”是居住在太陽中心的Solarians所知道的唯一一種固态物質。

發現

四年前,法國一部粒子加速器上發現了六個不可能存在的粒子,它們擁有四個違背物理法則被捆綁在一起的中子,被稱為“四中子”。

法國科學家米格爾·馬克和他的同事們正在準備利用加内爾加速器再進行一次試驗,如果他們成功的話,這些核團簇将迫使我們對原子核之間的結合力量進行重新考慮。

在上一次試驗中,研究小組向一個小型碳目标發射铍原子,對射入四周粒子探測器的殘片進行分析,想要找到擊中探測器的四個分離中子。

結果他們僅在一個探測器中找到了射線的痕迹,證據表明有四個中子進入了探測器。當然,他們的發現可能是個巧合,四個中子隻是在同一時間擊中了同一地方,但這在理論上是完全不可能的。

很多人都會認為,四中子是無稽之談,因為按照标準的粒子物理模式,四中子是不可能存在的。根據保利排他理論,即使是兩個質子或中子都是無法在同一系統中擁有相同量子屬性的。

事實上,核力再強也無法将兩個中子結合在一起,更不用說四個了。馬克的小組對他們看到的結果非常迷惑,在自己的研究報告中都沒敢寫出相關數據。

還有很多更為有力的證據說明四中子的存在值得懷疑,如果你修改物理法則允許四中子存在的話,這個世界将變成另外一個樣子:大爆炸後各種元素的形成将不會按照我們現在看到的樣子進行,更糟的是,這些元素會迅速變重,超出宇宙所能承受的範圍,或許宇宙會在擴張成形之前就提前崩潰了。然而,這種推斷也存在漏洞,現有的理論的确支持四中子的存在,雖然隻是一種随機的短命粒子。

有科學家指出,四個中子同時擊中探測器的可能性是存在的,另外中子星的存在也支持了多中子物質的理論,這些星體中有大量的中子結合在一起,說明宇宙中存在一種無法解釋的力量實現了它們的相聚。

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