那些研究原子核谜样本质的科学家如今报告说，他们为一个困扰物理学家多半个世纪的难题——为什么放射性同位素碳-14衰变得如此缓慢——找到了答案。这一发现有助于更好地理解强核力——自然界的4种基本相互作用之一——的作用机制。

 

在常见同位素——例如碳-11、氧-15和氮-13——的“动物园”中，碳-14就像兔群中的一只乌龟，而且还是那种爬得最慢的乌龟。尽管“表兄弟”们仅仅需要几分钟或几小时便能够完成衰变，但这种放射性同位素需要经过5730年，才能有一半碳-14转变为氮-14。正是由于半衰期如此之长，使得碳-14成为考古学家眼中测定生物体——无论植物或动物——年代的无价之宝。通过分析碳-14和氮-14的比例，研究人员能够在一个很窄的时间段内，确定被调查的样本究竟是在什么时间停止呼吸或光合作用的。这是由于当生物体死后，它便停止包括碳-14在内的碳元素的摄取。

 

然而碳-14的衰变速度远远慢于其他同位素的原因依然没有搞清，几十年来，对于相关机制，研究人员一直争论不休。然而美国纽约州Stony Brook大学的物理学家Gerald Brown指出，无论科学家多么卖力，依然没有人能够描述碳-14衰变的机制。Brown曾在上世纪90年代初期与另一位科学家合作，提出了碳-14原子核特异属性的一种解释，被称为Brown-Rho比例。Brown说：“这是一种非常独到的想法。”

 

这一理论的大意是说：任何元素原子核内的质子和中子被一种名为介子的亚原子微粒的运动“绑”在一起（介子在质子和中子间进行快速的反复运动）。介子传送了两种版本的强核力，而强核力能够防止原子核分离。根据Brown-Rho比例理论，在其他的同位素中，两种强核力——有心力和张量力——之间的差异大到足以导致原子核不稳定，这意味着后者会迅速产生衰变。但是在碳-14中，有心力和张量力的大小几乎达到平衡，从而使得同位素能够保持很长的时间。但最终，原子核还是会服从不稳定性——由碳-14衰变为氮-14。

 

然而迄今为止，没有人能在数学上证明这一理论。在即将出版的《物理评论快报》（Physical Review Letters）上，Brown和Stony Brook大学的同事Jeremy Holt完成了新的计算，从而证实了这一理论。Holt的研究小组报告说，在这一过程的背后是碳-14衰变对张量力的敏感性。Holt说：“我们推测，这是导致碳-14长寿的基本机制。”

 

新泽西州皮斯卡塔市Rutgers大学的物理学家Larry Zamick指出，这一研究成果同时再次证实了由以色列物理学家Igal Talmi在1954年首次提出的碳-14衰变与张量力之间的关系。但他认为其中依然存在局限性。Zamick表示，相关的计算仅仅覆盖了某些介子在碳原子核中的交互作用。因此，他建议研究小组应该尝试扩大他们的理论，从而覆盖“更大的原子核模型”。（来源：科学时报 群芳）