奈米科技突破：揭開超新星與中子星碰撞的神秘面紗

科學家首次利用放射性離子束直接測量了弱r過程反應，這項突破性研究揭示了在超新星和中子星碰撞等宇宙災難中，重元素是如何形成的。透過將鍶-94加速注入富含氦的奈米材料靶中，研究人員獲得了前所未有的實測資料，進一步完善了天體物理模型。這項成果不僅對太空探索有重大意義，更為核反應爐的改進提供了新的可能性，確保更高效的設計與更持久的元件。

這項研究由英國薩裡大學主導，並與約克大學、塞維利亞材料科學研究所（CSIC-塞維利亞大學）以及加拿大國家粒子加速器中心TRIUMF合作完成。研究團隊首次直接測量了弱r過程核反應的截面，具體來說，他們研究了鍶-94（α,n）鋯-97反應，即放射性鍶同位素吸收α粒子（氦核）後釋放中子並轉化為鋯-97的過程。

這項研究成果已發表於《物理評論快報》（Physical Review Letters），並被選為編輯推薦，顯示其重要性。薩裡大學的首席作者Matthew Williams博士解釋道：「弱r過程在重元素的形成中扮演關鍵角色，這些元素已在古老恆星中被觀測到，這些恆星就像是宇宙化石，攜帶著可能僅來自一次災難性事件（如超新星或中子星碰撞）的化學指紋。在此之前，我們對這些元素如何形成的理解依賴於理論預測，但這次實驗提供了首個實測資料來驗證這些涉及放射性核的模型。」

這項實驗的成功得益於創新的氦靶技術。由於氦是惰性氣體，既不具反應性也非固體，塞維利亞大學的研究人員開發了一種新型奈米材料靶，將氦嵌入超薄矽膜中，形成數十億個僅幾十奈米大小的氦氣泡。利用TRIUMF的先進放射性離子束技術，團隊將短壽命的鍶-94同位素加速注入這些靶中，從而測量出在極端宇宙環境下發生的核反應。

Williams博士表示：「這是天體物理學和核物理學的重大成就，也是首次以這種方式使用奈米材料，為核研究開闢了令人興奮的新可能性。」

除了天體物理學，瞭解放射性核的行為對於改進核反應爐設計也至關重要。這類核在核反應爐中不斷產生，但直到最近，研究其反應仍極為困難。反應爐物理學依賴於這類資料來預測元件何時需要更換、它們的壽命有多長，以及如何設計更高效的現代系統。

下一階段的研究將把這些發現應用於天體物理模型，幫助科學家更好地理解已知最重元素的起源。隨著研究人員繼續探索這些過程，他們的工作不僅能加深我們對中子星碰撞極端物理的理解，還能推動核技術的實際應用。

參考文獻：First Measurement of a Weak ?-Process Reaction on a Radioactive Nucleus by M. Williams et al., 17 March 2025, Physical Review Letters. DOI: 10.1103/PhysRevLett.134.112701