鉭是最稀有的元素之一，具有多種穩(wěn)定同位素。其中鉭-180是鉭同位素中最不豐富的同位素，天然存在于長壽命的激發(fā)態(tài)鉭-180m中。在核物理領域，鉭-180m是一個迷人的異類。這種稀有的核異構體，以其異常長的壽命違背了人們的預期。與在可預測的時間框架內衰變的同類不同，鉭-180m的衰變仍然難以捉摸，從未被直接觀察到。發(fā)表在《物理評論快報》的一項新研究設計了一個實驗，給出了鉭-180m半衰期的下限值。

鉭-180m的奇特性質在于其獨特的核結構。原子核由質子和中子組成，它們的排列決定了它們的穩(wěn)定性。在像鉭-180m這樣的激發(fā)態(tài)下，質子或中子占據(jù)更高能量的能級，使得躍遷到更低能量的能級在能量上是有利的。這種躍遷通常通過放射性衰變發(fā)生，其中原子核發(fā)射輻射以達到更穩(wěn)定的配置。然而，對于鉭-180m來說，這種衰變的途徑受到了極大的阻礙。

兩個主要因素促成了鉭-180m的超長壽命。首先，K自旋的概念——一個與原子核角動量相關的量子數(shù)——起著關鍵作用。激發(fā)態(tài)（鉭-180m）和基態(tài)（穩(wěn)定鉭-180）之間的K自旋差異很大。這種差異作為一個選擇規(guī)則，嚴重限制了鉭-180m可以經(jīng)歷的衰變過程類型。

其次，鉭-180m的激發(fā)態(tài)和基態(tài)之間的能量差非常小。放射性衰變通常涉及發(fā)射電子或正電子等粒子，它們帶走多余的能量。在鉭-180m的情況下，微小的能量間隙使得發(fā)射這種粒子在能量上變得不有利。因此，這種K自旋差異大和能量間隙小的組合有效地阻礙了鉭-180m的衰變機制。

盡管缺乏直接觀察，科學家們已經(jīng)采用了精密實驗來對鉭-180m難以捉摸的衰變施加約束。一個突出的例子是Majorana Demonstrator實驗。最初該實驗設計用于在鍺-76中搜索中微子雙β衰變，后來被重新用于鉭-180m。通過在超低本底環(huán)境中利用高純度鍺探測器，科學家們試圖捕捉任何可能指示鉭-180m衰變的輻射信號。(www.Ws46.com)

使用Majorana Demonstrator的最新研究取得了令人印象深刻的成果。通過分析超過17公斤鉭金屬的數(shù)據(jù)，這是此類搜索中使用過的最大數(shù)量，科學家們能夠為鉭-180m的半衰期建立新的約束。半衰期是指一半的放射性同位素衰變所需的時間。這些新的約束將鉭-180m的半衰期下限推到了驚人的1.5 x 10^19年，比之前的估計高出一個數(shù)量級。

揭開鉭-180m的神秘面紗對許多科學領域具有重大意義，它異常長的壽命挑戰(zhàn)了我們對核衰變過程和控制它們的因素的理解。此外，對鉭-180m的研究可以闡明難以捉摸的中微子誘導核合成概念，這是一個中微子促進宇宙重元素形成的理論過程。