經歷新模式β衰變后原子核分裂成來自單個衰變點(紅色圓圈)的3個氦核(α)和1個質子(p)。

圖片來源：美國能源部官網

科學家首次觀測到一種新的衰變模式。在這種衰變中，氧的一種較輕的形式，即氧-13(有8個質子和5個中子)，通過分裂出3個氦核(一個沒有周圍電子的原子)、1個質子而衰變。這項研究發表在最新一期《物理評論快報》雜志上。

此前，科學家觀察到一種有趣的放射性衰變模式——β+衰變。其中，質子轉化為中子，并通過發射正電子和中微子來釋放部分產生的能量。在最初的β衰變之后，產生的原子核有足夠能量來“蒸發”額外的粒子，使自己更穩定。

此次，通過觀察單個原子核分裂并測量其分裂產物，科學家觀察到了這種衰變。他們首次觀測到原子核經β衰變后釋放出3個氦核(α粒子)和1個質子。這些發現可讓他們了解衰變過程和衰變前原子核的性質。

在這項實驗中，研究人員使用回旋加速器產生一束高能(約10%光速)的放射性原子束。他們將氧-13放射性物質束發送到探測設備中。

物質束停在這一充滿二氧化碳氣體的探測器內，大約10毫秒后通過發射1個正電子和1個中微子(β+衰變)進行了衰變。將氧-13以一次一個原子核的方式注入探測器并等待其衰變，研究人員測量了β衰變后“蒸發”的粒子。

研究人員用計算機程序分析數據，以確定粒子在氣體中留下的軌跡，從而確定了觀察到的衰變，即β衰變后釋放出3個氦核(α粒子)和1個質子，這是一種每1200次衰變僅發生一次的罕見事件。