記者4日從中國科學(xué)院近代物理研究所獲悉，該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)中觀測到新核素鋁-20，并發(fā)現(xiàn)其通過稀有的三質(zhì)子發(fā)射模式進(jìn)行衰變。相關(guān)成果發(fā)表在國際期刊《物理評論快報(bào)》上。
目前，人們已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了3300多種核素，其中不足300種為自然界中天然存在的穩(wěn)定核素，其余均為不穩(wěn)定核素，會發(fā)生放射性衰變。常見的衰變模式有α衰變、β-衰變、β+衰變、電子俘獲（EC）、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)世紀(jì)以來，隨著核物理實(shí)驗(yàn)裝置與探測技術(shù)的發(fā)展，科學(xué)家們在遠(yuǎn)離穩(wěn)定線的原子核（特別是缺中子核）的衰變研究中陸續(xù)發(fā)現(xiàn)了多種新的衰變模式。20世紀(jì)70年代，科研人員首次觀測到原子核自發(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21世紀(jì)后，科研人員又發(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，實(shí)驗(yàn)上又相繼觀測到三質(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。
該研究中，科研人員基于德國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，是迄今為止實(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)通過級聯(lián)的質(zhì)子—雙質(zhì)子發(fā)射的兩步過程進(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，它通過同時(shí)發(fā)射兩個(gè)質(zhì)子衰變?yōu)槟?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)了實(shí)驗(yàn)上測得的鋁-20衰變能，預(yù)言了其基態(tài)自旋宇稱，由此深入研究了鋁-20與其鏡像核氮-20間的同位旋對稱性。
同位旋對稱性是核物理中的一個(gè)基本原理。根據(jù)該對稱性，具有相同質(zhì)量數(shù)但質(zhì)子數(shù)與中子數(shù)互換的鏡像原子核，其能級結(jié)構(gòu)應(yīng)該相同，即表現(xiàn)為相同的自旋宇稱與相近的激發(fā)能。此對稱性在多數(shù)原子核體系中近似成立，因此其破缺現(xiàn)象對核結(jié)構(gòu)研究具有重要價(jià)值。研究表明，在鋁-20與氮-20這對鏡像核體系中存在同位旋對稱性破缺。
記者4日從中國科學(xué)院近代物理研究所獲悉，該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)中觀測到新核素鋁-20，并發(fā)現(xiàn)其通過稀有的三質(zhì)子發(fā)射模式進(jìn)行衰變。相關(guān)成果發(fā)表在國際期刊《物理評論快報(bào)》上。
目前，人們已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了3300多種核素，其中不足300種為自然界中天然存在的穩(wěn)定核素，其余均為不穩(wěn)定核素，會發(fā)生放射性衰變。常見的衰變模式有α衰變、β-衰變、β+衰變、電子俘獲（EC）、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)世紀(jì)以來，隨著核物理實(shí)驗(yàn)裝置與探測技術(shù)的發(fā)展，科學(xué)家們在遠(yuǎn)離穩(wěn)定線的原子核（特別是缺中子核）的衰變研究中陸續(xù)發(fā)現(xiàn)了多種新的衰變模式。20世紀(jì)70年代，科研人員首次觀測到原子核自發(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21世紀(jì)后，科研人員又發(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，實(shí)驗(yàn)上又相繼觀測到三質(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。
該研究中，科研人員基于德國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，是迄今為止實(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)通過級聯(lián)的質(zhì)子—雙質(zhì)子發(fā)射的兩步過程進(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，它通過同時(shí)發(fā)射兩個(gè)質(zhì)子衰變?yōu)槟?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)了實(shí)驗(yàn)上測得的鋁-20衰變能，預(yù)言了其基態(tài)自旋宇稱，由此深入研究了鋁-20與其鏡像核氮-20間的同位旋對稱性。
同位旋對稱性是核物理中的一個(gè)基本原理。根據(jù)該對稱性，具有相同質(zhì)量數(shù)但質(zhì)子數(shù)與中子數(shù)互換的鏡像原子核，其能級結(jié)構(gòu)應(yīng)該相同，即表現(xiàn)為相同的自旋宇稱與相近的激發(fā)能。此對稱性在多數(shù)原子核體系中近似成立，因此其破缺現(xiàn)象對核結(jié)構(gòu)研究具有重要價(jià)值。研究表明，在鋁-20與氮-20這對鏡像核體系中存在同位旋對稱性破缺。
本文鏈接：科研人員首次在實(shí)驗(yàn)中觀測到新核素鋁-20http://www.sq15.cn/show-2-13379-0.html
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