Радиоактивный распад — это фундаментальный процесс в природе, в ходе которого нестабильное атомное ядро теряет энергию посредством излучения. Изучение способов ядерного распада имеет решающее значение для понимания свойств атомных ядер. В частности, такие экзотические способы распада, как испускание протонов, предоставляют важные спектроскопические инструменты для изучения структуры ядер, находящихся далеко от долины стабильности — области, содержащей стабильные ядра на ядерной диаграмме.
В исследовании, опубликованном в Physical Review Letters, физики Китайской академии наук сообщили о первом наблюдении и спектроскопии алюминия-20 — ранее неизвестного и нестабильного изотопа, который распадается в результате редкого процесса испускания трёх протонов.
«Алюминий-20 — самый лёгкий изотоп алюминия из всех обнаруженных на сегодняшний день. Он находится за пределами протонной капельной линии и содержит на семь нейтронов меньше, чем стабильный изотоп алюминия», — сказал доцент Сю Сяодун из Института физики высоких энергий, первый автор исследования.
Используя метод распада в полёте на сепараторе фрагментов Центра исследований тяжёлых ионов имени Гельмгольца в Дармштадте, исследователи измерили угловые корреляции продуктов распада алюминия-20 и открыли ранее неизвестное ядро — алюминий-20.
Проведя детальный анализ угловых корреляций, ученые обнаружили, что основное состояние алюминия-20 сначала распадается с испусканием одного протона в промежуточное основное состояние магния-19, а затем происходит последующий распад основного состояния магния-19 с одновременным испусканием двух протонов. Алюминий-20 — это первый обнаруженный источник трёхпротонного излучения, в котором дочернее ядро, образующееся при однопротонном распаде, является двухпротонным радиоактивным ядром.
Исследователи также выяснили, что энергия распада основного состояния алюминия-20 значительно меньше, чем можно было бы предположить, исходя из изоспиновой симметрии. Это указывает на возможное нарушение изоспиновой симметрии в алюминии-20 и его зеркальном партнёре неоне-20.
Это открытие подтверждается современными теоретическими расчётами, которые показывают, что спиновая чётность основного состояния алюминия-20 отличается от спиновой чётности основного состояния неона-20. «Эта работа даёт представление о структуре и распаде ядер за пределами протонной границы», — сказал Сю.
На сегодняшний день учёные открыли более 3300 нуклидов, но лишь менее 300 из них стабильны и существуют в природе. Остальные — нестабильные нуклиды, которые подвергаются радиоактивному распаду. К середине XX века были открыты распространённые виды распада, такие как α-распад, β-распад, β+распад, электронный захват, γ-излучение и деление ядра.
За последние несколько десятилетий благодаря стремительному развитию экспериментальных установок и технологий обнаружения в ядерной физике учёные обнаружили несколько экзотических способов распада ядер, далёких от стабильности, особенно ядер с дефицитом нейтронов.
В 1970-х годах учёные открыли однопротонную радиоактивность, при которой ядра распадаются с испусканием протона. В начале XXI века при распаде некоторых ядер с крайне низким содержанием нейтронов была обнаружена двухпротонная радиоактивность. В последние годы были зафиксированы ещё более редкие явления распада, такие как испускание трёх-, четырёх- и пяти протонов.
