核衰變過程的研究對于理解原子核的復雜運作至關重要。在這些過程中，雙光子或雙伽馬(2γ)衰變尤為引人注目。這種二階電磁過程涉及處于激發態的原子核同時發射兩個伽馬射線。

然而問題在于，這種衰變極其罕見，難以直接測量。最近，發表在《物理評論快報》上的一項研究，首次測量了鍺-72中的孤立核雙光子衰變，為在特定條件下原子核的行為提供了新的見解。

雙光子衰變之謎

想象一個被激發的原子核，充滿了之前相互作用產生的能量。在典型的衰變中，這種能量會以單個γ射線（高能光包）的形式釋放出來。然而，在罕見的雙光子衰變情況下，原子核會采取不同的途徑。它會先經歷一個虛擬躍遷，暫時從周圍的真空借取能量，來創造一對帶相反電荷的粒子——正負電子對。正負電子對的存在并不長久，它們隨后會相互湮滅，以同時發射兩種伽馬射線的形式釋放能量。

這種過程的罕見性源于電子-正電子對的虛擬性質。它們的產生和湮滅發生得如此之快，以至于無法直接觀察。此外，發射γ射線的能量受到電子-正電子對質量的限制，將衰變限制在激發態原子核能量低于特定閾值的條件下。

鍺-72實驗

研究團隊精心設計了他們的實驗，以克服這些挑戰并直接測量鍺-72中的雙光子衰變率。他們采用了獨特的技術組合。首先，他們使用了一個儲存環，一種粒子加速器，它將離子限制在一個圓形路徑中。這使他們能夠分離鍺-72原子核并在受控環境中研究它們。來源: www.ws46.com

接下來，他們在儲存環內利用了一種稱為“等時模式”的特殊操作模式。這種模式確保了所有的離子，不管它們的能量如何，都以相同的速度在環上運動。最后，他們加入了肖特基共振腔，一種可以與離子相互作用并操縱其能級的專用設備。

這種設置使研究人員能夠創造一種場景，在這種場景下，激發態鍺-72原子被“剝奪”了電子，只剩下裸露的原子核。這一關鍵步驟消除了原子軌道內電子-正電子對產生的可能性，從而使孤立的核雙光子衰變得以發生。

實驗結果

實驗取得了令人矚目的結果。研究人員確定了裸鍺-72原子核中第一個激發態的孤立核雙光子衰變半衰期約為23.9毫秒。該值與現有理論模型預測的值存在偏差

這一意外結果引起了核物理學界的極大興奮。它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。

探索原子核的意義

這一實驗的發現對核物理學有幾項重要意義。首先，它們提供了對雙光子衰變過程及其對核結構和環境條件依賴性的更深入理解。其次，能夠在裸核中測量這種衰變為研究其他以前無法接觸的稀有核過程開辟了新途徑。

此外，為這一實驗開發的技術可以應用于其他同質異能體和核，可能導致新現象的發現和現有核模型的改進。觀察到的理論預測偏差也強調了需要進一步的理論和實驗工作，以完全理解2γ衰變的基本機制。