Вчені вперше виявили алюміній-20 з унікальним розпадом

Міжнародна група фізиків під керівництвом Інституту сучасної фізики Китайської академії наук вперше спостерігала раніше невідоме атомне ядро алюміній-20, виявивши його розпад під час польоту. Це відкриття розширює наше розуміння екзотичних режимів радіоактивного розпаду та структури ядер за межами лінії протонного капання.

Доктор Сяодун Сюй, фізик з Інституту сучасної фізики Китайської академії наук, пояснює: «Алюміній-20 є найлегшим ізотопом алюмінію, який було відкрито досі. Розташований за межами лінії протонного капання, він має на сім нейтронів менше, ніж стабільний ізотоп алюмінію».

На сьогодні відомо понад 3300 нуклідів, проте менше 300 з них є стабільними та існують у природі. Решта становлять нестабільні нукліди, які зазнають радіоактивного розпаду. Звичайні режими розпаду, такі як альфа-розпад, бета-мінус розпад, бета-плюс розпад, електронне захоплення, гамма-випромінювання та поділ, були відкриті до середини двадцятого століття.

Протягом останніх десятиліть, завдяки величезному розвитку експериментальних установок ядерної фізики та технологій детектування, науковці відкрили кілька екзотичних режимів розпаду під час вивчення ядер, далеких від стабільності, особливо в нейтронно-дефіцитних ядрах. У 1970-х роках вчені відкрили однопротонну радіоактивність, коли ядра розпадаються, випромінюючи протон. У двадцять першому столітті двопротонна радіоактивність була виявлена в розпадах деяких надзвичайно нейтронно-дефіцитних ядер. В останні роки спостерігалися навіть рідкісніші явища розпаду, такі як емісія трьох, чотирьох та п'яти протонів.

Використовуючи техніку розпаду під час польоту на фрагментному сепараторі Центру досліджень важких іонів GSI Гельмгольца, фізики виміряли кутові кореляції продуктів розпаду алюмінію-20. Через детальний аналіз кутових кореляцій вони виявили, що основний стан алюмінію-20 спочатку розпадається, випромінюючи один протон до проміжного основного стану магнію-19, після чого відбувається подальший розпад основного стану магнію-19 через одночасну емісію двох протонів.

Алюміній-20 є першим спостереженим емітером трьох протонів, де його дочірнє ядро від однопротонного розпаду є двопротонним радіоактивним ядром. Дослідники також виявили, що енергія розпаду основного стану алюмінію-20 значно менша за передбачення, виведені з ізоспінової симетрії, що вказує на можливе порушення ізоспінової симетрії в алюмінії-20 та його дзеркальному партнері неоні-20.

Це відкриття підтверджується найсучаснішими теоретичними розрахунками, які передбачають, що спін-парність основного стану алюмінію-20 відрізняється від спін-парності основного стану неону-20. Доктор Сюй зазначає: «Це дослідження поглиблює наше розуміння явищ протонної емісії та надає уявлення про структуру і розпад ядер за межами лінії протонного капання».

Відкриття алюмінію-20 має важливе значення для ядерної фізики, оскільки воно демонструє новий тип складного радіоактивного розпаду. Цей ізотоп розширює межі відомих нам екзотичних ядерних процесів та допомагає краще зрозуміти поведінку надзвичайно нестабільних атомних ядер.

Результати дослідження опубліковані в престижному науковому журналі Physical Review Letters, що підтверджує високу якість та значущість цієї роботи для міжнародної наукової спільноти. Стаття вийшла цього місяця під назвою «Isospin Symmetry Breaking Disclosed in the Decay of Three-Proton Emitter 20Al».