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近日，中國(guó)科學(xué)院上海應(yīng)用物理所核物理研究室與中科院近代物理研究所、中國(guó)原子能科學(xué)院等合作，在蘭州重離子加速器裝置放射性束流線(RIBLL)上開(kāi)展的豐質(zhì)子核β緩發(fā)衰變實(shí)驗(yàn)測(cè)量中，觀測(cè)到22Mg(鎂22)在14.044 MeV的同位旋相似態(tài)(IAS態(tài))存在明確的2He(氦2)集團(tuán)雙質(zhì)子發(fā)射現(xiàn)象。相關(guān)研究成果發(fā)表在《物理快報(bào)B》上。

放射性是不穩(wěn)定原子核的重要特性之一。常見(jiàn)的衰變方式有α、β、γ衰變等，而雙質(zhì)子放射性是在質(zhì)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(guò)同時(shí)發(fā)射兩個(gè)質(zhì)子的方式進(jìn)行衰變。雙質(zhì)子發(fā)射涉及兩個(gè)質(zhì)子的關(guān)聯(lián)與相互作用，發(fā)射方式比單個(gè)質(zhì)子的發(fā)射過(guò)程要復(fù)雜得多，因此研究十分困難，而發(fā)射機(jī)制是該衰變方式中最重要的物理問(wèn)題之一。雙質(zhì)子發(fā)射的機(jī)制可以分為三種：第一種為級(jí)聯(lián)發(fā)射;第二種為直接三體發(fā)射;第三種為2He集團(tuán)發(fā)射。前兩種方式基本上是無(wú)關(guān)聯(lián)的質(zhì)子發(fā)射過(guò)程，后一種方式才是人們感興趣的雙質(zhì)子發(fā)射。由于發(fā)射出的兩個(gè)質(zhì)子間的動(dòng)量和角度關(guān)聯(lián)包含了核子波函數(shù)的具體形態(tài)及核子間的相互作用等信息，因而對(duì)核結(jié)構(gòu)的研究具有非常重要的科學(xué)意義。目前發(fā)現(xiàn)的雙質(zhì)子發(fā)射核只有少數(shù)幾個(gè)，這給雙質(zhì)子衰變的系統(tǒng)研究帶來(lái)了很大的困難。世界上各個(gè)國(guó)家的核物理實(shí)驗(yàn)室都在努力發(fā)現(xiàn)更多的雙質(zhì)子發(fā)射核，并對(duì)包括雙質(zhì)子衰變?cè)趦?nèi)的原子核的奇異放射性進(jìn)行深入系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)及理論研究。

上海應(yīng)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(jí)束流線(RIBLL)上開(kāi)展了22Al的β緩發(fā)衰變實(shí)驗(yàn)測(cè)量。22Al被注入厚度約為60微米的硅微條探測(cè)器時(shí)，完全被阻止在硅微條探測(cè)器中的22Al先發(fā)生β衰變，布局到22Mg的激發(fā)態(tài)，處于激發(fā)態(tài)的22Mg將再發(fā)生質(zhì)子、雙質(zhì)子或g等衰變。實(shí)驗(yàn)中，探測(cè)器陣列同時(shí)測(cè)量了衰變發(fā)射出的單個(gè)或兩個(gè)質(zhì)子以及g射線。實(shí)驗(yàn)測(cè)得的帶電粒子能量信號(hào)與g射線信號(hào)的符合，確認(rèn)了22Mg存在從14.044MeV激發(fā)態(tài)到20Ne的第一激發(fā)態(tài)的雙質(zhì)子發(fā)射過(guò)程。進(jìn)一步的理論模擬與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)比較得出，上述雙質(zhì)子發(fā)射過(guò)程的機(jī)制有約29%的幾率為2He集團(tuán)發(fā)射。

關(guān)于22Mg的激發(fā)態(tài)雙質(zhì)子發(fā)射現(xiàn)象，上海應(yīng)物所馬余剛團(tuán)隊(duì)曾在2015年通過(guò)日本理化學(xué)研究所的RIPS束線實(shí)驗(yàn)測(cè)量已明確觀測(cè)到在包含14.044 MeV態(tài)的較大激發(fā)能范圍內(nèi)(12.5~18MeV)，存在約30%的2He集團(tuán)發(fā)射機(jī)制(Physics Letters B 743, 306 (2015) )。此次在RIBLL上開(kāi)展的實(shí)驗(yàn)得到的結(jié)論與其結(jié)果一致，但由于RIBLL上的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)中有發(fā)射的兩質(zhì)子能量與g射線的符合，完全確定了該雙質(zhì)子發(fā)射是從22Mg的14.044 MeV激發(fā)態(tài)到20Ne第一激發(fā)態(tài)的衰變過(guò)程。該實(shí)驗(yàn)測(cè)量結(jié)果提供了22Mg的IAS存在稀有的2He集團(tuán)雙質(zhì)子發(fā)射的實(shí)驗(yàn)證據(jù)，對(duì)理解豐質(zhì)子核的奇異衰變性質(zhì)具有重要意義。

該研究得到了國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、國(guó)家自然科學(xué)基金委“重離子物理”創(chuàng)新研究群體等項(xiàng)目的共同資助。