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近日，中國科學院近代物理研究所科研人員與德國亥姆霍茲重離子研究中心、復旦大學等國內(nèi)外合作者在原子核的奇特衰變研究領域取得新進展，首次在實驗上觀測到新核素鋁-20，并發(fā)現(xiàn)其通過稀有的三質(zhì)子發(fā)射模式進行衰變。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、γ躍遷以及裂變等，這些衰變模式在20世紀中葉前已被發(fā)現(xiàn)。近半個多世紀以來，隨著核物理實驗裝置與探測技術的發(fā)展，科學家們在遠離穩(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。上世紀七十年代，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。進入二十一世紀后，又發(fā)現(xiàn)了極缺中子原子核同時放射出兩個質(zhì)子的奇特衰變模式，即雙質(zhì)子放射性。近年來，實驗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離穩(wěn)定線原子核的結(jié)構(gòu)提供了重要的譜學手段。本研究中，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，利用飛行中衰變實驗技術測量了鋁-20衰變產(chǎn)物（即三個質(zhì)子與剩余核氖-17）的角關聯(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個中子，是迄今實驗上發(fā)現(xiàn)的最輕的鋁同位素。進一步的研究表明，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，它通過同時發(fā)射兩個質(zhì)子衰變?yōu)槟?17。鋁-20是實驗上發(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。研究團隊利用伽莫夫殼模型和伽莫夫耦合道方法開展了理論計算，合理再現(xiàn)了本實驗測得的鋁-20衰變能，預言了其基態(tài)自旋宇稱。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。該研究深化了對質(zhì)子發(fā)射現(xiàn)象的認識，對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。相關研究成果于7月10日發(fā)表在《物理評論快報》（PRL）上。該研究得到國家重點研發(fā)計劃、中國科學院相關項目、國家自然科學基金、甘肅省自然科學基金等的支持。論文鏈接鋁-20三質(zhì)子發(fā)射示意圖