Чжан Наньнань, Китайская академия наук. под редакцией Лизы Лок , рецензент Эндрю Зинин
Радиоактивный распад — фундаментальный процесс в природе, при котором нестабильное атомное ядро теряет энергию посредством излучения. Изучение мод ядерного распада критически важно для понимания свойств атомных ядер. В частности, экзотические моды распада, такие как испускание протонов, предоставляют важные спектроскопические инструменты для исследования структуры ядер, находящихся далеко от долины стабильности — области стабильных ядер на ядерной карте.
В исследовании, опубликованном в Physical Review Letters 10 июля, физики из Института современной физики (IMP) Китайской академии наук (CAS) и их коллеги сообщили о первом наблюдении и спектроскопии алюминия-20, ранее неизвестного и нестабильного изотопа, который распадается посредством редкого процесса испускания трех протонов.
«Алюминий-20 — самый лёгкий изотоп алюминия, обнаруженный на сегодняшний день. Он находится за пределами протонной границы и имеет на семь нейтронов меньше, чем стабильный изотоп алюминия», — сказал доцент Сюй Сяодун из IMP, первый автор исследования.
Используя технологию распада в полете на сепараторе фрагментов Центра исследований тяжелых ионов имени Гельмгольца GSI в Дармштадте, Германия, исследователи измерили угловые корреляции продуктов распада алюминия-20 и обнаружили ранее неизвестное ядро алюминия-20.
Благодаря детальному анализу угловых корреляций исследователи обнаружили, что основное состояние алюминия-20 сначала распадается с испусканием одного протона в промежуточное основное состояние магния-19, а затем происходит распад основного состояния магния-19 с одновременным испусканием двух протонов. Алюминий-20 является первым наблюдаемым трёхпротонным излучателем, при этом его дочернее ядро в результате однопротонного распада превращается в двухпротонное радиоактивное ядро.
Исследователи также обнаружили, что энергия распада основного состояния алюминия-20 значительно меньше предсказаний, сделанных на основе изоспиновой симметрии, что указывает на возможное нарушение изоспиновой симметрии в алюминии-20 и его зеркальном партнере неоне-20. Это открытие подтверждается современными теоретическими расчетами, которые предсказывают, что спиновая четность основного состояния алюминия-20 отличается от спиновой четности основного состояния неона-20.
«Это исследование расширяет наше понимание явлений испускания протонов и позволяет лучше понять структуру и распад ядер за пределами протонной границы», — сказал Сюй.
К настоящему времени учёные открыли более 3300 нуклидов, однако менее 300 из них стабильны и существуют в природе. Остальные — нестабильные нуклиды, претерпевающие радиоактивный распад . Распространенные способы распада, такие как α-распад, β −- распад, β + -распад, электронный захват, γ-излучение и деление, были открыты к середине XX века.
За последние несколько десятилетий, благодаря бурному развитию экспериментальных установок в области ядерной физики и технологий обнаружения, ученые открыли несколько экзотических мод распада при изучении ядер, далеких от стабильности, особенно в нейтронно-дефицитных ядрах.
В 1970-х годах учёные открыли однопротонную радиоактивность, при которой ядра распадаются с испусканием протона. В XXI веке была обнаружена двухпротонная радиоактивность при распаде некоторых ядер с экстремально низким нейтронным дефицитом. В последние годы были обнаружены ещё более редкие явления распада, такие как испускание трёх, четырёх и пяти протонов.
В этом совместном проекте приняли участие IMP, GSI, Фуданьский университет и более десятка других учреждений.
Дополнительная информация: X.-D. Xu et al., «Нарушение изоспиновой симметрии обнаружено при распаде трёхпротонного излучателя Al20», Physical Review Letters (2025). DOI: 10.1103/hkmy-yfdk
Информация о журнале: Physical Review Letters
Предоставлено Китайской академией наук
Исследуйте дальше: Самый тяжёлый излучатель протонов: обнаружен новый тип атомного ядра