使用稀有同位素束設施的先進稀有同位素分離器，研究人員發現了五種以前未見過的銩 (Tm)、鐿 (Yb) 和镥 (Lu) 富中子同位素。這些高度不穩定的原子核（黃色）在質子數和中子數方面遠離穩定的原子核（黑色）。

雖然某些元素種類（同位素）可以存活數小時、數周甚至數千年，但其他元素種類的閃現速度如此之快，以至于科學家無法確認它們的存在。盡管壽命短暫，但天體物理學家認為這些粒子（統稱為稀有同位素）在恒星的演化和宇宙重元素的形成中發揮著重要作用。現在，密歇根州立大學稀有同位素束設施 (FRIB) 的研究人員已經制造并編錄了五種前所未見的稀有同位素，它們都含有大量中子 。

這項成就是在該設施完成的，當時設備的運行能力只是其全部同位素發現潛力的一小部分，這使得 FRIB 科學家推測這些發現只是未來眾多發現的開始。“我們證明，我們可以在不到一年的運行時間內找到新的稀有同位素，”“這顯示出未來實驗的巨大潛力。”

元素周期表中的每個元素都列出了它的原子序數（它包含的質子數）和原子質量數（質子數加上平均中子數）。平均中子數基于地球上發現的穩定同位素，但元素的不穩定同位素可以具有廣泛的中子數。例如，元素周期表中列出的氧含有 8 個質子和 8 個中子，但它可以含有少至 3 個中子，多至 20 個中子。不穩定同位素會在不同的時間長度后分解：例如，氧 28 會衰變在十億分之一秒的萬億分之一秒內，轉變為另一種不穩定的氧同位素氧24，然后它也會衰變，這次是在千分之七七秒內。

同位素生成實驗通常涉及將原子撞擊目標并在碎片中尋找有趣的垃圾。大多數以這種方式產生的同位素比原始原子含有更少數量的中子和質子。但研究人員對研究質子數和中子數非常接近（有時甚至超過原始原子）的重同位素很感興趣。人們認為這些同位素在所謂的r過程中發揮作用，該過程在恒星和恒星爆炸中形成重元素。但理解這一作用具有挑戰性，因為這些重同位素出現在地球實驗中的可能性很小。FRIB 旨在通過使用強大的光束和高度靈敏的檢測方法來應對這一挑戰。

Gade 和她的同事進行的實驗涉及將鉑 198 粒子的高能束粉碎到圓形碳板中。然后，碰撞碎片被導入高級稀有同位素分離器 (ARIS)，并在那里進行編目。ARIS 使用各種磁性和物理機制的組合來按質量過濾原子核。“你可以將其視為非常先進的質譜儀，”ARIS 儀器團隊負責人 Brad Sherrill 說道。事實上，它是如此先進，Sherrill 說，研究人員可以從 10?^{18 個}原子核的初始集合中分離出單一同位素。

通過對 ARIS 在 2023 年 1 月進行的一項實驗中檢測到的同位素進行搜索，Gade、Sherrill 和他們的同事發現了 5 種以前未檢測到的富中子同位素（銩-182、銩-183、鐿-186）中每一種的 3 到 29 次命中。 、鐿-187 和镥-190。該團隊還發現了一個與同位素特性一致的事件，該同位素所含的中子數量比束中 120 個鉑粒子多（5 個已確認的同位素的中子數量都較少）。在碰撞中“拾取中子”的可能性極小，但 FRIB 研究人員希望隨著實驗的繼續，能夠更頻繁地看到這種情況。“我們看到的一些新事物被制造出來的可能性極低。但它們的制作頻率仍然足夠高，以至于在幾天的實驗過程中我們能夠看到它們，”謝里爾說。

印第安納州圣母大學核科學實驗室主任丹·巴達揚 (Dan Bardayan) 表示：“核物理學的一個基本可觀察結果是，一個給定的原子核是否存在，或者它是否只是分解成其組成部分。”?他指出，FRIB 的建立是為了探索核存在的極限，這對于了解科學家是否正確解釋世界各地天文臺目前收集的大量多信使天體物理數據至關重要。北京師范大學實驗核物理學家何建軍對此表示贊同。他表示，在尋找新同位素的過程中，FRIB 研究人員展示了“該設施令人印象深刻的能力”及其“未來發現的巨大潛力”。

銩、鐿和镥同位素的檢測是在以設施全部能力的 1/270 運行鉑光束時進行的。蓋德說，隨著研究人員增加通量（擊中目標的鉑粒子數量），他們將獲得更多的光束與目標碰撞，并且“更多的東西從另一側出來”。“我們將獲得更多數量級的這些特定同位素以及其他稀有同位素。”

蓋德希望在通量增加期間發現一種含有 126 個中子的稀有同位素。對于中子來說，126是一個所謂的魔數，因為含有126個中子的同位素比那些多幾個或少幾個中子的同位素穩定得多。蓋德說， r過程的特征圍繞幻數而變化，因此天體物理學家希望更好地了解這些同位素的行為方式。“我們已經將光束通量增加了 6 倍，并且很快就計劃再增加一次，因此我們正在順利地看到這種同位素。”

?