В исследовании, опубликованном в Physical Review Letters 10 июля, физики из Института современной физики (IMP) Китайской академии наук (CAS) и их сотрудники сообщили о первом наблюдении и спектроскопии алюминия-20, ранее неизвестного и нестабильного изотопа, который распадается в результате редкого процесса трех- излучение протонов.

"Алюминий-20 - самый легкий изотоп алюминия, который был обнаружен на сегодняшний день. Расположенный за линией протонных капель, он содержит на семь нейтронов меньше, чем стабильный изотоп алюминия", - сказал доцент. Сяодун Сюй из IMP, первый автор исследования.

Используя метод распада в полете на сепараторе фрагментов Центра исследований тяжелых ионов им. Гельмгольца GSI в Дармштадте, Германия, исследователи измерили угловые корреляции продуктов распада алюминия-20 и обнаружили ранее неизвестное ядро алюминия-20.

Посредством детального анализа угловых корреляций исследователи обнаружили, что основное состояние алюминия-20 сначала распадается путем испускания одного протона в промежуточное основное состояние магния-19, за которым следует последующий распад основного состояния магния-19 посредством одновременного испускания двух протонов. Алюминий-20 является первым наблюдаемым трехпротонным излучателем, в котором его дочернее ядро с однопротонным распадом является двухпротонным радиоактивным ядром.

Исследователи также обнаружили, что энергия распада основного состояния алюминия-20 значительно меньше, чем предсказания, полученные на основе изоспиновой симметрии, что указывает на возможное нарушение изоспиновой симметрии в алюминии-20 и его зеркальном партнере неоне-20.

Этот вывод 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 феномена испускания протонов и дает представление о структуре и распаде ядер за пределами линии протонного потока", - сказал Сюй.

На сегодняшний день ученые обнаружили более 3300 нуклидов, однако менее 300 из них стабильны и существуют в природе. Остальные - нестабильные нуклиды, которые подвергаются радиоактивному распаду. Распространенные режимы распада, такие как α-распад, β^-распад, β⁺-распад, захват электронов, γ-излучение и деление, были открыты к середине 20-го века.

За последние несколько десятилетий, благодаря огромному развитию экспериментальных установок в области ядерной физики и технологий обнаружения, ученые обнаружили несколько экзотических режимов распада при изучении ядер, далеких от стабильности, особенно в ядрах с дефицитом нейтронов.

В 1970-х годах ученые обнаружили однопротонную радиоактивность, при которой ядра распадаются, испуская протон. После вступления в 21 век двухпротонная радиоактивность была обнаружена при распаде некоторых ядер с крайне низким содержанием нейтронов. В последние годы наблюдались еще более редкие явления распада, такие как испускание трех-, четырех- и пятипротонных частиц.

Эти совместные усилия включали вклад IMP, GSI, Университета Фудань и более десятка других учреждений.

Эта работа была поддержана Национальной программой ключевых исследований и разработок Китая, Международной стипендиальной инициативой президента CAS и Национальным фондом естественных наук Китая, среди прочих.