物理学家之前认为，原子核内质子和中子是两种相近的粒子，因此质子数量和中子互换的原子核应该具有类似的特性。但是新实验发现，它们的特性并不相同。物理学家表示，这项发现将改变物理学对原子核的认知。
原子是科学家现在能观测到的、组成物质的较小的结构单元。每个原子内，电子围绕着原子核运转，原子核带正电荷、电子带负电荷。电子的质量非常小，每个原子的大部分质量几乎都在原子核上。原子核又由带电的质子和不带电的中子构成。
含有不同质子数量的原子就是元素周期表上不同的物质，而对于有着相同数量质子，不同数量中子的原子，就是这种元素的同位素。麻萨诸塞大学洛厄尔分校主导的一项研究，在实验室内造出一种奇异的原子核。该项目得到美国能源部120万美元资金，在位于密歇根州立大学的国家超导回旋加速器实验室内进行。
研究人员在实验室内将原子核加速到接近光速后撞碎，产生罕见的锶-73同位素。这种同位素含有38个质子和35个中子，在地球环境下不存在，但是在中子星表面发生的X射线爆中可以维持几分之一秒的时间。中子星是大型恒星爆炸后的一种高密度残骸。
研究人员称，大约每半个小时，加速器就能产生一个锶-73原子核，通过该设备的同位素分拣器送到一个复杂的检测设备上并使它们静止下来，供研究人员观测它的属性。
这项实验不间断地运行了8天，研究组造出了400多个锶-73原子核，把它们与具有35个质子、38个中子的溴-73同位素原子核对比。物理学家把质子数量和中子数量互换的原子核称为“对称伙伴”。物理学家认为，质子和中子是几乎相同的粒子，因此这类“对称伙伴”原子核应该具有很相似的特性。
通过研究它们的放射性衰变，研究人员发现锶-73和溴-73的特性完全不同。主要研究者之一罗杰斯说，这项发现对核子力的认知提出了全新的疑问。
“锶-73和溴-73在结构上应该完全相同，但出乎意料的是，它们并不相同。探测自然界中物质的对称性是物理学研究的一个有力的工具。当对称性被打破的时候，这意味着我们的认知有错误，必须进一步研究。”
这份研究的主要作者霍夫说，这项发现将挑战核子理论。“把锶-73和溴-73的原子核做对比，就像照镜子却认不得镜中的自己。当我们确信看到情况的真实性，我们很激动。”霍夫说。
负责理论计算的合作研究员纳扎鲁维奇说，这项研究为了解稀有同位素提供了难得的机会。“随着明年稀有同位素束设施的启用，将为对称核子的研究提供更多线索。”这份研究近期发布在《自然》期刊上。
