科学家们正在使用最初设计用于研究中微子的探测器，进行难以捉摸的核物理测量。

在希腊神话中，奥林匹克之神惩罚半神坦塔罗斯(Tantalus)，将他锁在一棵结满果实的树下的水池中。如果坦塔罗斯伸手去摘水果来满足他的饥饿感，树枝就会后退。如果他弯腰解渴，水就会退去。

这个永久惩罚的故事是动词“tantalize”(诱人)和相关词“tanalum”(钽)的起源。钽是一种稀有元素，形成于死亡的恒星的中心，因其即使浸入酸池中也无法吸收酸而得名。

就像坦塔罗斯避开了水和水果一样，科学家们也未能完全理解钽的同位素。“可能每个核物理学家都听说过这个问题，这是一个悬而未决的问题。”美国能源部洛斯阿拉莫斯国家实验室的科学家塞缪尔·梅耶尔说。

不过，由于科学家们正在使用最初设计用于研究中微子的探测器进行测量，钽问题可能很快就会有答案。

在空中

在核世界中，粒子不断寻求平衡。

当原子中心的质子或中子接收到能量爆发时，它会跳跃到更高的、不稳定的能级，就像孩子们在操场的秋千上受到推力一样。为了恢复静止状态，质子或中子衰变，像秋千一样回落到较低的能量水平。

这通常会立即发生。但有时，同样是洛斯阿拉莫斯科学家的拉尔夫·马萨奇克说，质子或中子会卡住。

一个“卡住”的粒子，受到一种叫做“自旋抑制”的奇怪物理定律的支配，就像我们的孩子在秋千上神秘地悬浮在半空中。

被卡住的粒子可能需要几秒钟才能衰减回其基态，也可能需要几年时间。

这些被卡住的粒子，称为亚稳态异构体，最终会再次脱落。科学家们知道这一点，因为他们看到几乎每个都这样做，除了钽。

“钽180m是唯一未观察到的亚稳态衰变，” 梅耶尔说。

理论预测，作为钽的两种自然状态之一的钽180m，半衰期应该在1017到1018年之间。这比宇宙本身存在的时间要长得多。

一些钽180m的钽原子会比其他原子衰变得更快。科学家们通过增加监测的原子数量和减少背景来加大目睹衰变的机会。尽管如此，寿命越长，捕捉衰变就越困难。

钽是太阳系中最稀有的元素之一，钽180m的同位素仅占天然钽的0.012%。

钽180m衰变的明显迹象是释放出γ射线。在超灵敏的探测器中，即使是来自太阳、大气和尘埃的少量背景辐射，也会将信号挤出。

2016年，比利时HADES地下实验室的研究人员在两个高纯度锗探测器之间放置了1.5公斤的钽(包含约180毫克的钽180m)，希望能观察到衰变。

合作观察并持续了244天，等待一个从未出现的信号。HADES实验对钽180m的寿命设定了最严格的下限：4.5x1016年。

在地面下

一项观察钽180m衰变的新努力正在进行中，探测器最初是为观察更罕见的过程而建造的。

建造马约拉纳演示器(Majorana Demonstrator)是为了测试寻找无中微子双衰变的技术，双衰变是一种理论过程，释放两个中微子，它们相互碰撞并相互毁灭。

观察无中微子双β衰变将回答物理学家关于中微子的一个重要问题：它们是自身的反粒子吗?如果它们能消灭对方，那它们一定是。

马约拉纳演示器合作团队用超纯材料制造了他们的探测器，然后将其置于南达科他州桑福德地下研究设施4850英尺(约457米)的洁净室的屏蔽层中。在那里，近一英里的岩石保护着实验不受宇宙射线和太阳产生的背景的影响。

经过6年的运行，马约拉纳示器的科学家们证明了他们的技术，为下一代实验铺平了道路。随着实验接近尾声，合作成员Massarczyk和梅耶尔建议将探测器和实验室空间用于研究钽180m。

马约拉纳合作组织的联合发言人、橡树岭国家实验室的研究文森特·朱塞佩说，“观察亚稳态异构体最后残留的衰变过程，符合马约拉纳演示器合作组织所做的工作。我们的主要目标是寻找一种从未被观察到的衰变，所以调整马约拉纳演示器来寻找钽180m的衰变是非常有意义的。”

Massarczyk和梅耶尔在4月份开始了这项任务，他们分别成为新实验的主要调查员pi和合作调查员PI。他们在马约拉纳演示探测器内放置了17.4公斤的钽(含约2.088克钽180m)。

Massarczyk说，在洛斯阿拉莫斯实验室指导的研究和开发项目的支持下，科学家们能够以最小的努力和最小的成本创建新的实验。

马约拉纳演示器将建立在HADES合作已经取得的令人印象深刻的成果之上。

“与HADES实验相比，我们的钽质量是其10倍，” 梅耶尔说。““与之前使用的2个检测器相比，我们还拥有23个检测器阵列。这为我们提供了更高的测量效率，我们更有可能看到来自于钽180m中释放出来的标志性γ射线。”

双赢的局面

通过对这个大样本的钽180m进行一整年的监测，该实验将测量钽180m到1019年的半衰期，比其预测的半衰期高出一个数量级。

”要测量一小部分原子长达1019年的半衰期是很困难的，所以我们可以观察1019个原子的少量年份，并计算我们看到了多少次衰变。” 梅耶尔说。“因为确定同位素的半衰期是一个统计过程，想要看到尽可能多的衰变，就要更精确地预估半衰期。增加原子数量和测量时间可以提高可能看到的信号数量。”

如果预测是正确的，实验将最终见证钽180m的衰变。

如果观察到钽180m发生衰变，可以鼓励研究人员更仔细地寻找理论上暗物质粒子的影响。科学家们认为，暗物质粒子可能"推动"钽180m中的质子或中子发生衰变。

但科学家们也可能发现理论预测是错误的。

“如果预测是错误的，那仍然令人兴奋，因为它为我们指明了一个新的方向，” 梅耶尔说，“从某种意义上说，试图用这种装置进行这样的测量并不会真正一无所获。我们知道，无论发生什么，我们都会测量到一些有趣的东西。"