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中國科學(xué)家發(fā)現(xiàn)鋁-20的三質(zhì)子衰變現(xiàn)象 刷新對極端核素的認(rèn)知
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2025-07-31 14:10
近日，中國科學(xué)院近代物理研究所的徐小東博士團隊在核物理研究領(lǐng)域取得重要突破——他們觀測到鋁-20同位素的三質(zhì)子衰變現(xiàn)象，這是首次發(fā)現(xiàn)衰變子核為兩質(zhì)子放射性核素的三質(zhì)子發(fā)射體。相關(guān)研究成果已于本月發(fā)表在《物理評論快報》期刊上。
罕見的放射性衰變：從單質(zhì)子到多質(zhì)子發(fā)射
目前已知的核素超過3300種，但穩(wěn)定且自然存在的僅有不到300種，其余均為不穩(wěn)定核素，會發(fā)生放射性衰變。20世紀(jì)中期，科學(xué)家已發(fā)現(xiàn)α衰變、β?衰變、β?衰變、電子俘獲和裂變等常見衰變模式。
隨著核物理實驗設(shè)施和探測技術(shù)的飛速發(fā)展，過去幾十年里，科研人員在遠(yuǎn)離穩(wěn)定性的核素（尤其是缺中子核素）研究中，陸續(xù)發(fā)現(xiàn)了多種奇異衰變模式。20世紀(jì)70年代，單質(zhì)子放射性被發(fā)現(xiàn)，即原子核通過發(fā)射一個質(zhì)子發(fā)生衰變；21世紀(jì)，科學(xué)家在一些極端缺中子核素中觀測到兩質(zhì)子放射性；近年來，更罕見的三質(zhì)子、四質(zhì)子甚至五質(zhì)子發(fā)射現(xiàn)象也被相繼發(fā)現(xiàn)。
鋁-20：最輕鋁同位素的獨特衰變路徑
“鋁-20是目前已發(fā)現(xiàn)的最輕鋁同位素，”徐小東博士介紹道，“它位于質(zhì)子滴線之外，比穩(wěn)定的鋁同位素少7個中子?！?/span>
研究團隊利用德國亥姆霍茲重離子研究中心（GSI）的碎片分離器，采用在飛行中衰變技術(shù)，測量了鋁-20衰變產(chǎn)物的角關(guān)聯(lián)。通過詳細(xì)分析，他們發(fā)現(xiàn)鋁-20基態(tài)首先發(fā)射一個質(zhì)子，衰變至鎂-19的基態(tài)；隨后，鎂-19基態(tài)再通過同時發(fā)射兩個質(zhì)子完成衰變。這一過程使得鋁-20成為首個被觀測到的、其單質(zhì)子衰變子核為兩質(zhì)子放射性核素的三質(zhì)子發(fā)射體。
打破對稱性？揭示核結(jié)構(gòu)新奧秘
研究還發(fā)現(xiàn)，鋁-20基態(tài)的衰變能明顯小于根據(jù)同位旋對稱性做出的預(yù)測，這表明鋁-20與其鏡像核氖-20可能存在同位旋對稱性破缺。
這一發(fā)現(xiàn)得到了最先進理論計算的支持——理論預(yù)測鋁-20基態(tài)的自旋宇稱與氖-20基態(tài)的自旋宇稱不同。
助力深化對極端核素的理解
“這項研究增進了我們對質(zhì)子發(fā)射現(xiàn)象的理解，并為探索質(zhì)子滴線以外核素的結(jié)構(gòu)和衰變提供了新見解?！毙煨|博士表示。
此次發(fā)現(xiàn)不僅豐富了人類對奇異衰變模式的認(rèn)知，也為深入研究極端條件下原子核的性質(zhì)開辟了新的方向，有望推動核物理基礎(chǔ)理論的進一步發(fā)展。
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