科研進(jìn)展
科研人員首次觀測(cè)到新核素鋁-20
近日，中國(guó)科學(xué)院近代物理研究所科研人員與合作者在原子核的奇特衰變研究領(lǐng)域取得重要進(jìn)展，首次在實(shí)驗(yàn)上觀測(cè)到新核素鋁-20，并發(fā)現(xiàn)其通過(guò)稀有的三質(zhì)子發(fā)射模式進(jìn)行衰變。相關(guān)成果于7月10日發(fā)表在《物理評(píng)論快報(bào)》（Physical Review Letters）上。
目前，人們已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了3300多種核素，其中不足300種是自然界中天然存在的穩(wěn)定核素，其余均為不穩(wěn)定核素，會(huì)發(fā)生放射性衰變。常見(jiàn)的衰變模式有α衰變、β-衰變、β+衰變、電子俘獲、γ躍遷以及裂變等，這些衰變模式在20世紀(jì)中葉前已被發(fā)現(xiàn)。
近半個(gè)多世紀(jì)以來(lái)，隨著核物理實(shí)驗(yàn)裝置與探測(cè)技術(shù)的發(fā)展，科學(xué)家們?cè)谶h(yuǎn)離穩(wěn)定線的原子核的衰變研究中陸續(xù)發(fā)現(xiàn)了多種新的衰變模式。上世紀(jì)七十年代，科研人員首次觀測(cè)到原子核自發(fā)地放射出質(zhì)子的衰變現(xiàn)象，即單質(zhì)子放射性。進(jìn)入二十一世紀(jì)后，又發(fā)現(xiàn)了極缺中子原子核同時(shí)放射出兩個(gè)質(zhì)子的奇特衰變模式，即雙質(zhì)子放射性。近年來(lái)，實(shí)驗(yàn)上又相繼觀測(cè)到三質(zhì)子、四質(zhì)子乃至五質(zhì)子發(fā)射等更為稀有的衰變現(xiàn)象。這些奇特衰變模式為研究遠(yuǎn)離穩(wěn)定線原子核的結(jié)構(gòu)提供了重要的譜學(xué)手段。
本研究中，科研人員基于德國(guó)亥姆霍茲重離子研究中心的碎片分離器裝置，利用飛行中衰變實(shí)驗(yàn)技術(shù)測(cè)量了鋁-20衰變產(chǎn)物（即三個(gè)質(zhì)子與剩余核氖-17）的角關(guān)聯(lián)，首次觀測(cè)到新核素鋁-20的三質(zhì)子發(fā)射現(xiàn)象。鋁-20位于質(zhì)子滴線外，比自然界穩(wěn)定存在的鋁同位素少7個(gè)中子，是迄今實(shí)驗(yàn)上發(fā)現(xiàn)的最輕的鋁同位素。
進(jìn)一步的研究表明，鋁-20基態(tài)通過(guò)級(jí)聯(lián)的質(zhì)子—雙質(zhì)子發(fā)射的兩步過(guò)程進(jìn)行衰變。作為中間態(tài)的鎂-19基態(tài)具有雙質(zhì)子放射性，它通過(guò)同時(shí)發(fā)射兩個(gè)質(zhì)子衰變?yōu)槟?/span>-17。鋁-20是實(shí)驗(yàn)上發(fā)現(xiàn)的首例具有“子核”雙質(zhì)子放射性的三質(zhì)子發(fā)射核。
研究團(tuán)隊(duì)利用伽莫夫殼模型和伽莫夫耦合道方法開展了理論計(jì)算，合理地再現(xiàn)了本實(shí)驗(yàn)測(cè)得的鋁-20衰變能，預(yù)言了其基態(tài)自旋宇稱。研究表明，在鋁-20與氮-20這對(duì)鏡像核體系中存在同位旋對(duì)稱性破缺。
該研究深化了人們對(duì)質(zhì)子發(fā)射現(xiàn)象的認(rèn)識(shí)，對(duì)尋找原子核存在極限和理解質(zhì)子滴線外原子核的結(jié)構(gòu)與衰變具有重要意義。
該工作由中國(guó)科學(xué)院近代物理研究所聯(lián)合德國(guó)亥姆霍茲重離子研究中心、復(fù)旦大學(xué)等國(guó)內(nèi)外多家科研機(jī)構(gòu)的研究人員合作完成。論文第一作者為近代物理所副研究員徐曉棟。
該研究得到了國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、中國(guó)科學(xué)院、國(guó)家自然科學(xué)基金、甘肅省自然科學(xué)基金等項(xiàng)目的支持。
文章鏈接：https://doi.org/10.1103/hkmy-yfdk
圖1：鋁-20三質(zhì)子發(fā)射示意圖。（圖/徐曉棟）
圖2：鋁-20基態(tài)及其一條激發(fā)態(tài)（衰變能為3.6 MeV）的衰變綱圖。（圖源/Physical Review Letters）
（放射性束物理室 供稿）
