上海交大孙立杰等合作发PRL，发现β衰变中最强同位旋混杂现象

中国科学院近代物理研究所、中国原子能科学研究院、上海交通大学等23家国内外单位的科研人员合作构建硅探测器阵列配合高纯锗探测器在兰州重离子加速器次级束流线HIRFL-RIBLL1上开展了质子滴线核T = 2²⁶P 衰变性质的高精度测量。首次确定了β延迟双质子发射为级联衰变模式，首次观测到²⁶Si T = 2同位旋相似态13055 keV附近的两个T = 1激发态11912 keV和13380 keV。该研究成果近日在Physical Review Letters发表，并被选为Editors' Suggestion。上海交通大学物理与天文学院博士后孙立杰（导师：赵玉民）为共同通讯作者。

对称性普遍存在于自然界中，是现代物理学中的一个核心概念。对称性破缺往往蕴含着新物理。1932年德国物理学家Werner Heisenberg 提出了同位旋的概念，把质子和中子看作同一种粒子的两种状态，同位旋在强相互作用中守恒。在同位旋严格对称的情况下，β衰变Fermi跃迁从母核基态只会布居至子核激发态中的一个同位旋相似态(isobaric analog state, IAS)。然而，同位旋对称性破缺效应会导致Fermi跃迁强度劈裂：不仅布居到同位旋相似态，也会布居到同位旋不同的激发态。这种同位旋混杂现象在β衰变实验中仅有几例研究，例如²⁰Na [Phys. Rev. C 103, L011301 (2021)]，³¹Cl [Phys. Rev. Lett. 116, 102502 (2016).]，³⁷Ca [Phys. Lett. B 349, 267 (1995).]，⁵³Ni [Phys. Lett. B 756, 323 (2016).]，⁵⁵Cu [Phys. Rev. Lett. 111, 262501 (2013).]，⁵⁶Zn [Phys. Rev. Lett. 112, 222501 (2014).]，观测到的同位旋混杂矩阵元均不超过50 keV。

图1.²⁶P β延迟双质子发射示意图

中国科学院近代物理研究所、中国原子能科学研究院、上海交通大学等23家国内外单位的科研人员合作构建硅探测器阵列配合高纯锗探测器在兰州重离子加速器次级束流线HIRFL-RIBLL1上开展了质子滴线核T = 2²⁶P 衰变性质的高精度测量。首次确定了β延迟双质子发射（图1）为级联衰变模式，首次观测到²⁶Si T = 2同位旋相似态13055 keV附近的两个T = 1激发态11912 keV和13380 keV（图2）。基于高精度的衰变分支比和激发能数据发现到IAS与13380 keV激发态的Fermi跃迁强度存在劈裂，确定其同位旋混杂矩阵元高达130 keV，是目前β衰变实验上发现的混杂矩阵元最大，激发能最高，能级间距最大的同位旋混杂现象。背后的物理成因可能是弱束缚或者大形变效应。该实验结果对于现有理论模型提出强有力挑战，将推动核力相关理论的发展。

图2.²⁶P的部分衰变纲图

该工作得到了中科院战略性先导科技专项（B类），国家重点研发计划，中国科学院稳定支持基础研究领域青年团队计划，兰州重离子加速器国家实验室高端用户项目与国家自然科学基金项目的支持。

论文链接：

[1]https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.129.242502

[2]https://mp.weixin.qq.com/s/VHsvI1bk_r5qtDsVv-KZoQ

--上海交通大学