La désintégration radioactive est un processus fondamental dans la nature par laquelle un noyau atomique instable perd de l'énergie par rayonnement. L'étude des modes de désintégration nucléaire est cruciale pour comprendre les propriétés des noyaux atomiques. En particulier, les modes de désintégration exotiques comme l'émission de protons fournissent des outils spectroscopiques essentiels pour sonder la structure des noyaux loin de la vallée de la stabilité – la région contenant des noyaux stables sur le graphique nucléaire.
Dans une étude publiée dans Lettres d'examen physique Le 10 juillet, les physiciens de l'Institut de physique moderne (IMP) de l'Académie chinoise des sciences (CAS) et de leurs collaborateurs ont signalé la première observation et spectroscopie de l'aluminium-20, un isotope précédemment inconnu et instable qui se désintègre via le processus rare d'émission à trois protons.
« L'aluminium-20 est l'isotope en aluminium le plus léger qui a été découvert jusqu'à présent. Situé au-delà de la ligne d'égouttement des protons, il a sept neutrons de moins que l'isotope en aluminium stable », a déclaré le professeur associé Xu Xiaodong de IMP, premier auteur de l'étude.
En utilisant une technique de décroissance en vol au séparateur de fragments du GSI Helmholtz Center for Heavy Ion Research à Darmstadt, en Allemagne, les chercheurs ont mesuré les corrélations angulaires des produits de désintégration de l'aluminium-20 et ont découvert le noyau non connu précédemment en aluminium-20.
Grâce à une analyse détaillée des corrélations angulaires, les chercheurs ont constaté que l'état fondamental de l'aluminium-20 se désintègre d'abord en émettant un proton à l'état fondamental intermédiaire du magnésium-19, suivi d'une décadence subséquente de l'état fondamental du magnésium-19 via une émission simultanée à deux proton. L'aluminium-20 est le premier émetteur à trois proton observé où son noyau fille de décroissance à une proton est un noyau radioactif à deux proton.
Les chercheurs ont également constaté que l'énergie de désintégration de l'état fondamental de l'aluminium-20 est significativement plus petite que les prédictions déduites de la symétrie isospin, indiquant une éventuelle symétrie isospin brisant en aluminium-20 et son partenaire miroir Neon-20.
Cette constatation est soutenue par des calculs théoriques de pointe qui prédisent que la parité du spin de l'état fondamental de l'aluminium-20 diffère de la parité du spin de l'état fondamental néon-20.
« Cette étude fait progresser notre compréhension des phénomènes de protons-émission et donne un aperçu de la structure et de la désintégration des noyaux au-delà de la ligne d'égouttement des protons », a déclaré Xu.
À ce jour, les scientifiques ont découvert plus de 3 300 nucléides, mais moins de 300 sont stables et existent naturellement. Les autres sont des nucléides instables qui subissent une désintégration radioactive. Modes de désintégration communs, tels que la désintégration α, β– décomposition, β+ La désintégration, la capture d'électrons, le rayonnement γ et la fission ont été découvertes au milieu du 20e siècle.
Au cours des dernières décennies, en raison de l'énorme développement des installations expérimentales de physique nucléaire et des technologies de détection, les scientifiques ont découvert plusieurs modes de désintégration exotiques dans l'étude des noyaux loin de la stabilité, en particulier dans les noyaux déficientes en neutrons.
Dans les années 1970, les scientifiques ont découvert la radioactivité à proton unique, où les noyaux se décomposent en émettant un proton. Au 21e siècle, la radioactivité à deux proton a été trouvée dans les désintégrations de certains noyaux extrêmement déficients en neutrons. Ces dernières années, des phénomènes de désintégration encore plus rares tels que des émissions de trois, quatre et cinq proton ont été observées.
Cet effort de collaboration comprenait des contributions d'IMP, GSI, Fudan University et plus d'une douzaine d'autres institutions.
