豐質子核鎂22雙質子發射研究獲進展

近日，中國科學院上海應用物理所核物理研究室與中科院近代物理研究所、中國原子能科學院等合作，在蘭州重離子加速器裝置放射性束流線（RIBLL）上開展的豐質子核β緩發衰變實驗測量中，觀測到22Mg（鎂22）在14.044 MeV的同位旋相似態（IAS態)存在明確的2He（氦2）集團雙質子發射現象。相關研究成果發表在《物理快報B》上。

放射性是不穩定原子核的重要特性之一。常見的衰變方式有α、β、γ衰變等，而雙質子放射性是在質子滴線附近的偶Z核中可能存在的一種奇特衰變方式，即原子核通過同時發射兩個質子的方式進行衰變。雙質子發射涉及兩個質子的關聯與相互作用，發射方式比單個質子的發射過程要複雜得多，因此研究十分困難，而發射機制是該衰變方式中最重要的物理問題之一。雙質子發射的機制可以分為三種：第一種為級聯發射；第二種為直接三體發射；第三種為2He集團發射。前兩種方式基本上是無關聯的質子發射過程，後一種方式才是人們感興趣的雙質子發射。由於發射出的兩個質子間的動量和角度關聯包含了核子波函數的具體形態及核子間的相互作用等信息，因而對核結構的研究具有非常重要的科學意義。目前發現的雙質子發射核只有少數幾個，這給雙質子衰變的系統研究帶來了很大的困難。世界上各個國家的核物理實驗室都在努力發現更多的雙質子發射核，並對包括雙質子衰變在內的原子核的奇異放射性進行深入系統的實驗及理論研究。

上海應物所研究員方德清、博士研究生王玉廷等在蘭州重離子加速器裝置的放射性次級束流線（RIBLL）上開展了22Al的β緩發衰變實驗測量。22Al被注入厚度約為60微米的硅微條探測器時，完全被阻止在硅微條探測器中的22Al先發生β衰變，布局到22Mg的激發態，處於激發態的22Mg將再發生質子、雙質子或g等衰變。實驗中，探測器陣列同時測量了衰變發射出的單個或兩個質子以及g射線。實驗測得的帶電粒子能量信號與g射線信號的符合，確認了22Mg存在從14.044MeV激發態到20Ne的第一激發態的雙質子發射過程。進一步的理論模擬與實驗數據比較得出，上述雙質子發射過程的機制有約29%的幾率為2He集團發射。

關於22Mg的激發態雙質子發射現象，上海應物所馬余剛團隊曾在2015年通過日本理化學研究所的RIPS束線實驗測量已明確觀測到在包含14.044 MeV態的較大激發能範圍內（12.5~18MeV），存在約30%的2He集團發射機制（Physics Letters B743, 306 (2015) ）。此次在RIBLL上開展的實驗得到的結論與其結果一致，但由於RIBLL上的實驗數據中有發射的兩質子能量與g射線的符合，完全確定了該雙質子發射是從22Mg的14.044 MeV激發態到20Ne第一激發態的衰變過程。該實驗測量結果提供了22Mg的IAS存在稀有的2He集團雙質子發射的實驗證據，對理解豐質子核的奇異衰變性質具有重要意義。

該研究得到了國家重點研發計劃、國家自然科學基金委「重離子物理」創新研究群體等項目的共同資助。

來源：中國科學院上海應用物理所

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