上海应用物理研究所在丰质子核22Mg的双质子发射研究取得重要进展
近日，上海应用物理所核物理室与近代物理所及中国原子能科学院等单位合作，在兰州重离子加速器装置放射性束流线（RIBLL）上开展的丰质子核β缓发衰变实验测量中，观测到22Mg（镁22）在14.044 MeV的同位旋相似态（IAS态)存在明确的2He（氦2）集团双质子发射现象。相关工作发表在国际权威刊物《物理快报B》(Physics Letters B 784, 12 (2018), https://doi.org/10.1016/j.physletb.2018.07.034)上。
放射性是不稳定原子核的重要特性之一。常见的衰变方式有α、β、γ衰变等，而双质子放射性是在质子滴线附近的偶Z核中可能存在的一种奇特衰变方式，即原子核通过同时发射两个质子的方式进行衰变。双质子发射涉及两个质子的关联与相互作用，发射方式比单个质子的发射过程要复杂得多，因此研究十分困难，而发射机制是该衰变方式中最重要的物理问题之一。双质子发射的机制可以分为三种：第一种为级联发射；第二种为直接三体发射；第三种为2He集团发射。前两种方式基本上是无关联的质子发射过程，后一种方式才是人们感兴趣的双质子发射。由于发射出的两个质子间的动量和角度关联包含了核子波函数的具体形态及核子间的相互作用等信息，因而对核结构的研究具有非常重要的科学意义。到目前为止发现的双质子发射核只有少数几个，这给双质子衰变的系统研究带来了很大的困难。目前世界上各个国家的核物理实验室都在努力发现更多的双质子发射核，并对包括双质子衰变在内的原子核的奇异放射性进行深入系统的实验及理论研究。
上海应用物理所方德清研究员带领实验组与博士研究生王玉廷等，与合作单位一起在兰州重离子加速器装置的放射性次级束流线(RIBLL)上开展了22Al的β缓发衰变实验测量。通过22Al注入到厚度约为60微米的硅微条探测器中，完全被阻止在硅微条探测器中的22Al先发生β衰变，布局到22Mg的激发态，处于激发态的22Mg将再发生质子、双质子或g等衰变。实验中探测器阵列同时测量了衰变发射出的单个或两个质子以及g射线。通过实验测得的带电粒子能量信号与g射线信号的符合，确认了22Mg存在从14.044MeV激发态到20Ne的第一激发态的双质子发射过程。进一步，通过理论模拟与实验数据的比较，得出上述双质子发射过程的机制有约29%的几率为2He集团发射。
关于22Mg的激发态双质子发射现象，上海应用物理所马余刚团队曾在2015年通过日本理化学研究所的RIPS束线实验测量已明确观测到在包含14.044 MeV态的较大激发能范围内(12.5~18MeV)，存在约30%的2He集团发射机制(Physics Letters B 743, 306 (2015) ),该工作也曾入选2016年度中科院《科学发展报告》。此次在RIBLL上开展的实验得到的结论与该结果一致，但由于RIBLL上的实验数据中有发射的两质子能量与g射线的符合，完全确定了该双质子发射是从22Mg的14.044 MeV激发态到20Ne第一激发态的衰变过程。该实验测量结果提供了22Mg的IAS存在稀有的2He集团双质子发射的实验证据，对理解丰质子核的奇异衰变性质具有重要意义。
该项研究得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金委“重离子物理”创新研究群体等项目的共同资助。（核物理研究室供稿）
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