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中国科学家发现铝-20的三质子衰变现象 刷新对极端核素的认知
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发布时间：
2025-07-31 14:10
近日，中国科学院近代物理研究所的徐小东博士团队在核物理研究领域取得重要突破——他们观测到铝-20同位素的三质子衰变现象，这是首次发现衰变子核为两质子放射性核素的三质子发射体。相关研究成果已于本月发表在《物理评论快报》期刊上。
罕见的放射性衰变：从单质子到多质子发射
目前已知的核素超过3300种，但稳定且自然存在的仅有不到300种，其余均为不稳定核素，会发生放射性衰变。20世纪中期，科学家已发现α衰变、β⁻衰变、β⁺衰变、电子俘获和裂变等常见衰变模式。
随着核物理实验设施和探测技术的飞速发展，过去几十年里，科研人员在远离稳定性的核素（尤其是缺中子核素）研究中，陆续发现了多种奇异衰变模式。20世纪70年代，单质子放射性被发现，即原子核通过发射一个质子发生衰变；21世纪，科学家在一些极端缺中子核素中观测到两质子放射性；近年来，更罕见的三质子、四质子甚至五质子发射现象也被相继发现。
铝-20：最轻铝同位素的独特衰变路径
“铝-20是目前已发现的最轻铝同位素，”徐小东博士介绍道，“它位于质子滴线之外，比稳定的铝同位素少7个中子。”
研究团队利用德国亥姆霍兹重离子研究中心（GSI）的碎片分离器，采用在飞行中衰变技术，测量了铝-20衰变产物的角关联。通过详细分析，他们发现铝-20基态首先发射一个质子，衰变至镁-19的基态；随后，镁-19基态再通过同时发射两个质子完成衰变。这一过程使得铝-20成为首个被观测到的、其单质子衰变子核为两质子放射性核素的三质子发射体。
打破对称性？揭示核结构新奥秘
研究还发现，铝-20基态的衰变能明显小于根据同位旋对称性做出的预测，这表明铝-20与其镜像核氖-20可能存在同位旋对称性破缺。
这一发现得到了最先进理论计算的支持——理论预测铝-20基态的自旋宇称与氖-20基态的自旋宇称不同。
助力深化对极端核素的理解
“这项研究增进了我们对质子发射现象的理解，并为探索质子滴线以外核素的结构和衰变提供了新见解。”徐小东博士表示。
此次发现不仅丰富了人类对奇异衰变模式的认知，也为深入研究极端条件下原子核的性质开辟了新的方向，有望推动核物理基础理论的进一步发展。
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