中国科学院近代物理研究所科研人员与合作者首次在实验中观测到新核素铝-20，并发现其通过稀有的三质子发射模式进行衰变。相关成果近日发表于《物理评论快报》。
目前，人们已发现了3300多种核素，其中自然界天然存在的稳定核素不足300种，其余均为会发生放射性衰变的不稳定核素。常见的衰变模式有α衰变、β-衰变、β+衰变、电子俘获、γ跃迁以及裂变等，这些衰变模式在20世纪中叶前已被发现。
近半个多世纪以来，随着核物理实验装置与探测技术的发展，科学家在远离稳定线的原子核衰变研究中陆续发现多种新的衰变模式。上世纪70年代，科研人员首次观测到原子核自发放射出质子的衰变现象，即单质子放射性。进入21世纪，科研人员又发现了极缺中子原子核同时放射出两个质子的奇特衰变模式，即双质子放射性。近年来，实验中又相继观测到三质子、四质子乃至五质子发射等更为稀有的衰变现象。这些奇特衰变模式为研究远离稳定线原子核的结构提供了重要的谱学手段。
在该研究中，科研人员基于德国亥姆霍兹重离子研究中心的碎片分离器装置，利用飞行中衰变实验技术测量了铝-20衰变产物的角关联，首次观测到新核素铝-20的三质子发射现象。铝-20位于质子滴线外，比自然界稳定存在的铝同位素少7个中子，是迄今实验中发现最轻铝同位素。
进一步研究表明，铝-20基态通过级联的质子-双质子发射的两步过程进行衰变。作为中间态的镁-19基态具有双质子放射性，通过同时发射两个质子衰变为氖-17。
研究团队利用先进的核理论模型进行计算，合理再现了实验测得的铝-20衰变能，预言了其基态自旋宇称。研究表明，在铝-20与氮-20这对镜像核体系中存在同位旋对称性破缺。