原子核β衰变释放四个粒子模式首次发现

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经历新模式β衰变后原子核分裂成来自单个衰变点（红色圆圈）的3个氦核（α）和1个质子（p）。
图片来源：美国能源部官网

科技日报北京9月5日电 （记者张佳欣）科学家首次观测到一种新的衰变模式。在这种衰变中，氧的一种较轻的形式，即氧-13（有8个质子和5个中子），通过分裂出3个氦核（一个没有周围电子的原子）、1个质子而衰变。这项研究发表在最新一期《物理评论快报》杂志上。

此前，科学家观察到一种有趣的放射性衰变模式——β+衰变。其中，质子转化为中子，并通过发射正电子和中微子来释放部分产生的能量。在最初的β衰变之后，产生的原子核有足够能量来“蒸发”额外的粒子，使自己更稳定。

此次，通过观察单个原子核分裂并测量其分裂产物，科学家观察到了这种衰变。他们首次观测到原子核经β衰变后释放出3个氦核（α粒子）和1个质子。这些发现可让他们了解衰变过程和衰变前原子核的性质。

在这项实验中，研究人员使用回旋加速器产生一束高能（约10%光速）的放射性原子束。他们将氧-13放射性物质束发送到探测设备中。

物质束停在这一充满二氧化碳气体的探测器内，大约10毫秒后通过发射1个正电子和1个中微子（β+衰变）进行了衰变。将氧-13以一次一个原子核的方式注入探测器并等待其衰变，研究人员测量了β衰变后“蒸发”的粒子。

研究人员用计算机程序分析数据，以确定粒子在气体中留下的轨迹，从而确定了观察到的衰变，即β衰变后释放出3个氦核（α粒子）和1个质子，这是一种每1200次衰变仅发生一次的罕见事件。