核异构体距离初次被发现已超过了100年，从实际应用来说，这个在原子核中出现的神秘状态未来可能在核时标、核电池、清洁核能和核γ射线激光等方向发挥重要作用。然而直至今日，科学家们仍在奋力解锁他们身上的各种神秘特性。
撰文 | 姜丽佳（西北大学物理学院）
对于同一种元素，它的原子核内质子数和中子数不同，我们称其为该元素的同位素。那么对于同一种同位素，它们都是一样的吗？事实上，科学家很早就发现，在不稳定的同位素进行衰变时，原子核也有不同的状态，甚至这种状态有更重要的应用，这为我们理解原子核打开了一扇新的大门——这就是核异构体。
核异构体（Nuclear isomers，也称为同核异能素）指长寿命的“亚稳态”原子核。这类核中一个或多个核子（质子或中子）被激发，占据了比基态更高的能态。通常，大多数核激发态的半衰期非常短，大约在10秒的时间尺度，会迅速衰变回到基态。如果激发态的半衰期比通常的激发态长100至1000倍，则被认为是亚稳态。虽然没有明确的界定，但是为了在时间和空间上与通常的辐射衰变分离，目前学界多认为核异构体的半衰期应大于5 x 10秒。在已知的核异构体中，有些核素的衰减时间可达到数分钟、数小时、数年或更长时间。例如，自然界中存在的寿命最长的核异构体是钽-180m，其半衰期大于10年，比理论估算的宇宙的年龄还要长。
图1. 天然核素（蓝点）与激发能
