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，中国科学院近代物理研究所（IMP）的物理学家团队与国际合作者于7月10日发表在《物理评论快报》上的一项研究中，宣布首次探测并分析了铝-20。这种此前未知的同位素极不稳定，衰变会通过一种极其罕见的事件——三质子发射——发生。这个极不稳定的原子核以一种外部的方式迅速瓦解，通过一个独特的质子发射序列自我毁灭。这不仅为核物理学图谱增添了新的条目，其独特的行为更直接存在挑战了核物理学中一条长期的基本原则：同位旋性，为探索物质在极端条件下的结构找到了新的方法。

清晰性裂痕与“质子滴线”

在原子核的内部，强大的核力将质子和中子紧密地束缚在一起。核物理学中的一个基本概念是“同位旋转性”，它设想在不考虑电荷的情况下，强核力对质子和中子的作用是相同的。因此，模拟“原子核”（质子和）中子数量互换的原子核）应具有非常相似的结构和能量状态。铝-20（13个质子，7个中子）的镜像原子核是氖-20（7个质子，13个中子）。然而，此次发表于《物理评论快报》的研究揭示了一个意外的偏差。

研究团队精确测量出铝-20的衰变能力远低于基于其镜像伙伴氖-20推算的理论预测值。这种显着的差异强烈暗示，在铝-20这个极度缺乏中子的原子核中，同位旋终极性可能导致了破坏。这一现象发生在所谓的“质子滴线” ”除此之外，这是原子核的理论边界，超越这条线的原子核会因质子过多而变得极不稳定，并通过发射质子来寻求稳定。铝-20是视野发现的最轻的铝同位素，比稳定的铝少了七个中子，从而成为研究滴线外物理的绝佳亮点。

一种前所未见的衰变链

为了捕捉并研究这种转瞬即逝的原子核，由中国科学院近代物理研究所（IMP）的科学家领导的团队，在德国达姆施塔特GSI亥姆霍兹重离子研究中心的碎片分离器设施上进行了一项精密的实验。他们采用了一种“飞行中衰变”的技术，在粒子束飞行途中制造出铝-20，并立即测量其衰变产物。

通过对衰变过程中发射粒子的角度进行关联分析，研究人员重建了铝-20的瓦解过程。结果显示，它经历了一个独特的、分两步的“三质子发射”过程：首先，铝-20的基态发射一个质子，衰变成镁-19；紧接着，作为中间产物的镁-19本身也是一个不稳定的核素，它会同时发射两个质子。这是人类首次开始到一个单质子衰变的子核本身就是一个双质子衰变核素的案例，构成了一个完整而新颖的三质子衰变链。

最先进的核物理理论计算也为此发现提供了支持。计算结果预测，铝-20基态的自旋宇称与不同于核氖-20的基态不同，这从理论上解释了替代性破缺。

拓展核物理学前沿

自20世纪中叶以来，科学家们已经确定了α衰变、β衰变和裂变等主要的衰变模式。但随着探测技术的发展，研究人员开始深入探索远离稳定区的奇异原子核，并在过去几十年里发现了单质子和双质子等罕见现象。

铝-20的发现及其独特的三质子衰变模式，是这一前沿探索的最新里程碑。它不仅阐述了我们对质子发射现象的行为的理解，也为检验和完善描述原子核在极限质子-中子比例下的理论模型提供了关键数据。洞察项研究为我们提供了原子核结构以外的质子滴线和衰变的宝贵视角，”该研究的第一作者、近代物理研究所副教授徐晓东表示。这一成果为人类在理解宇宙中探索物质形态的道路上又迈出了坚实的一步。