0号元素


0号元素,有时又被称为中子元素,是指原子中仅含中子,不含质子的一种元素,或纯粹只由中子组成的物质。1926年物理学家安德利亚·冯·安德罗波夫发明了这个词,那时甚至还没有中子的概念。安得罗波夫将0号元素放 在了元素周期表最开始,以代表其质子数比氢还要少。
然而,该术语的含义随着时间发生了改变,从20世纪后半叶起,这个词被用来指一种密度极大的物质,最早被用于科幻小说中,代表一种密度极大的奇特元素,直到在中子被发现后,0号元素已主要指代中子星内部存在的一种高密度、无质子的元素,目前多以多中子核物质来表示许多中子聚集在一起所形成的核素。
表示法

在某些文献中,0号元素被简记为0Nu或0Nt,这一词来自neutrium,但大部分的文献还是以“中子”记载,记为小写n,大写N会与氮元素冲突,另外也有将n重复两次避免与氮元素冲突的写法:0nn。
周期表

0号元素是1926年科学家安德利亚·冯·安德罗波夫提出的猜想,他认为可能存在不包含质子与电子只由中子组成,即原子序为0的化学元素,它就将该元素放置于元素周期表的最开头,即氢的前面。它随后也被一些科学家摆在元素周期表中的几种螺旋陈述之元素分类中,像查尔斯·珍妮特(1928)、E.I.Emerson(1944)、John D. Clark (1950)、和in Philip Stewart's Chemical Galaxy(2005)。虽然这一词在科学文献中不代表元素或高密度的简并态物质,但曾有报导指出除了自由中子以外,可能存在两个中子有强核力束缚的核素。若要将0号元素摆入周期表,应该要放在氦的上面而不是氢的前面,但是目前除了少数讨论某些核素或同位素的场合之外,不会将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,只有1n比较稳定,半衰期最长(881.5±1.5秒),其他的同位素非常不稳定(1n指自由中子)。
虽然0号元素还没有在科学文献中使用(故此称为中子的同位素),无论是一个简明的物质形式,或作为一个元素,有报导称,除了自由中子,有可能存在两个中子没有质子或多个中子没有质子的结合形式,于2012年正式观测到2n,并测得半衰期为10-22秒。
另外,4n、5n等,可能较稳定,在2004年的法国,发现了4个在一起的中子,被称为0号元素。但3n根据目前的模型来看,应该比其他的更不稳定,故不列出。
另外,0n只是符号,实际上不代表任何东西,因为没有东西,故不列出。
由于0号元素没有稳定同位素,它是最轻的放射性元素(第二轻的放射性元素为43号元素锝)。





符号
Zp
Nn
质量(u
半衰期
衰变产物
原子核自旋
相对丰度
相对丰度的变化率
1n
0
1
1.00866
15分钟(881.5±1.5)
1H
1/2+
100%*
2n
0
2
2.01732
10-22
1n
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)#


画上#号的数据代表没有经过实验的证明,只是理论推测而已,而用括号括起来的代表数据不确定性。
*注:所有放射到自然界中的中子必为1n。

同位素列表
反氢同位素
0号元素同位素
氢同位素



性质

0号元素与原子序大于零的元素有很大的差别,因为它没有电子层,或电子无法稳定的存在它周围形成轨域,因此该原子是不完整的(所谓完整的原子要有原子核和电子壳层)。
目前将中子当作元素单质探讨其性质的研究相当的少,因此无法确定其相态变化等物理性质,多半是以研究单一中子动能之中子温度为多,目前只知道中子在高压下能以简并态存在,即中子星,亦有理论指出该相态的结构可能是一种立方密堆积的结构,以获得更高的堆积密度 。
在化学性质中,曾有研究指出,中子和电子能以类似离子的形态呈现,即中子电子对(英语:neutron-electron pair ,n-e)。虽然中子不带任何电荷,但它有微小的电荷分布。因此电子能在中子周围以轨域效应束缚,但是不与自旋和角动量相关,减少了基本上与中子的磁矩和电子的电场之间的相互作用。不同的是贡献给中子电子对的相互作用显然是更小的,作用力的产生可能是由于中子内的电荷和电流的分配。虽然中子电子对相互作用非常弱,已经在几实个验中观察到 。但由于该型态的中子离子结合能非常弱,因此很容易分开,因此更不可能形成化合物。因此,0号元素在化学上可以视为完全惰性(依据稀有气体周期表的趋势,确实是如此),因为很难有电子能使它参与化学键的结合 ,它不能形成稳定的离子,因为没有质子可以协助它拉住电子,因此,它无法形成晶格,不能以刚体的形式存在,因此它很可能只有液相和气相两种相态,然而在极端的压力与巨大的重力影响下可以形成简并态的超固体,即中子星的结构。

稳定度


中子的衰变反应如下:n→p+e+ve,半衰期约16分钟。

可能用途

零号元素可以作为制作奇异物质的一种方式。
奇异物质的最小号版本“H双重子”(有时也称为ΛΛ双重子态,S=-2,I=0,B=2,J=0,夸克态udsuds或uuddss),是由Robert L. Jaffe在1977年开启的系列工作所提出的,其后的研究者又提出了D*、N-ω、ω-ω双重子态及其他的更低能阶多夸克稳定态。奇异物质的一个主要的实验构思是使用零号元素(Neutrium),或者是称为四中子(Tetraneutrons)的物质,或是更进一步使用多中子物质(Polyneutron)。H粒子无法储存,因而不可能对奇异物质进行实验,但多中子物质却还有机会及技术能力来达成,透过瞬间高密度高能激光加压产生局部的中子星内环境,达成下述反应:
4n (Neutrium) → 4u + 8d
4u(1) + 4d → 4u(2) + 4s
4u + 4d + 4s → 4Λ0
2Λ0 + 2Λ0 → 2H0
nH0 → S2n(Strangelet,奇异的反应)

使得一个零号元素变成两个H粒子,然后再创造高密度加压环境使H粒子进入更稳定的多夸克态直到转变成奇异物质。非理论主流封闭而不对外发表论文的量子虫洞学派曾经进行过类似的实验,以低温玻色爱因斯坦凝聚态进行高密度高能激光加压,试图产生量子虫洞,透过非正式管道流出的非公开实验结果说明这种方法可能因为需要突破夸克禁闭,而导致场势的能阶提升而无法进入稳定态(该实验因资金不足无法达成精度及指向性而最终宣告探测失败)。
nH0 → S2n奇异的反应如果是连锁反应,则是个极端危险的实验,学术研究如果确定其发生可能性后,应当禁止此项实验于地球上进行。
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x-rounder 公爵
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