科研人員介紹，處于激發態的原子核可以通過γ衰變、內轉換電子衰變、正電子-電子對衰變以及雙光子衰變4種方法衰變到基態。在原子核的雙光子衰變中，處于激發態的原子核同時發射兩個伽馬光子，該衰變過程是電磁躍遷過程中的一種普遍現象，但其強度較弱，難以觀察。不過，借助實驗室的條件，科研人員可以通過人為的條件設定，屏蔽原子核的其他衰變通道，對雙光子衰變這一特定的衰變通道進行測量。
科研人員將72Ge32+離子存儲在德國亥姆霍茲重離子研究中心(GSI)的ESR儲存環中。72Ge32+原子核存在一個同質異能態，自旋宇稱為0+。該能級衰變到基態0+時，由于以下3個原因，只能發生雙光子衰變(參考下圖左)：a)衰變前后，72Ge32+離子的自旋和宇稱保持不變，而光子的角動量為1。由于動量守恒定律限制，無法發生γ衰變。b)72Ge32+離子核外沒有原子電子，不能通過內轉換衰變通道進行衰變。c)激發能量為691 keV，小于1022 keV。由于能量守恒律限制，無法發生正電子-電子對衰變。因此，儲存在ESR中的72Ge32+離子只能發生雙光子衰變。科研人員將ESR儲存環的等時模式與Schottky共振腔結合起來，首次實現了激發能量低至約100 keV、半衰期短至約10毫秒的原子核同質異能態的直接測量。
圖：72Ge32+離子的雙光子衰變示意圖(左)以及離子的回旋頻率隨時間變化的光譜圖(右)。每一幀的時間間隔為9.22 毫秒。每種離子種類的功率譜密度與它們的離子數量成正比。
通過實驗，科研人員成功觀測了72Ge32+離子的同質異能態的雙光子衰變過程，并測量了激發能和雙光子衰變半衰期。實驗結果顯示，72Ge32+離子的同質異能態0+的激發能為692.8(19)keV，和文獻中的數值一致，而2γ衰變的半衰期為23.9(6)毫秒，顯著偏離預期。實驗結果表明，我們目前對雙光子衰變過程的理解可能是不完整的，需要進一步研究以完善理論模型并解釋觀察到的差異。此外，此項實驗開辟了通過實驗室條件屏蔽原子核的衰變通道，并對某些稀有的衰變通道進行測量的新途徑。為未來儲存環質譜研究開辟了新的研究方向。
