β-запаздывающий двухпротонный распад фосфора-26. Кредит: Цзянь Хао

В 1932 году лауреат Нобелевской премии Вернер Гейзенберг предложил блестящую концепцию изоспина для описания симметрии атомных ядер, вызванной почти идентичными свойствами протона и нейтрона. Изоспиновая симметрия остается общепринятой на сегодняшний день.

Однако изоспиновая симметрия не сохраняется строго из-за разницы масс протона и нейтрона, кулоновского взаимодействия и аспектов ядерной силы, зависящих от заряда. Такая асимметрия приводит к фрагментации разрешенного перехода Ферми во многие состояния из-за сильного изоспинового смешивания вместо того, чтобы ограничиваться одним состоянием при β-распаде.

Исследование смешения изоспинов получило широкое распространение в научных открытиях β-распад ядер, богатых протонами, играет важную роль в изучении изоспинового смешивания. До сих пор изоспиновое смешивание наблюдалось только в нескольких экспериментах по β-распаду, а элементы матрицы изоспинового смешивания были меньше 50 кэВ, что очень хорошо описывалось ядерными моделями.

Ученые из IMP и их сотрудники предоставили новые данные о смешении изоспинов. Они провели эксперимент по β-распаду экзотического ядра фосфора-26 на линии пучка радиоактивных ионов в Ланьчжоу, которая находится в Исследовательском центре тяжелых ионов в Ланьчжоу.

С помощью высокоточной ядерной спектроскопии β-задержанного двухпротонного излучения ученые четко идентифицировали изобарическое аналоговое состояние (IAS) при 13055 кэВ и два новых высоколежащих состояния при 13380 кэВ и 11912 кэВ в кремнии-26. Они измерили угловые корреляции двух протонов, испускаемых из возбужденных состояний кремния-26, предполагая, что два протона испускаются в основном последовательно.

Удивительно, но ученые наблюдали сильно смешанный по изоспину дублет, IAS и состояние 13380 кэВ в кремнии-26. Был определен большой матричный элемент изоспинового смешивания 130 (21) кэВ между двумя состояниями, что представляет собой самое сильное смешивание, когда-либо наблюдавшееся в экспериментах по β-распаду.

Неожиданный экспериментальный результат не может быть хорошо объяснен ядерными моделями. «Аномально сильное изоспиновое смешивание в этой работе, которое может быть связано со слабосвязанным (или континуальным) эффектом или ядерной деформацией, представляет собой прямой вызов нашему пониманию ядерной силы», — сказал профессор Сюй Синьсин из IMP, автор-корреспондент этого исследования.