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