Den största massan i vardaglig materia runt omkring oss finns i protoner och neutroner inuti atomkärnan. Emellertid är livslängden för en fri neutron - en som inte är bunden till en kärna - instabil och sönderfaller av en process som kallas beta-sönderfall. För neutroner innebär beta-sönderfall emission av en proton, en elektron och en anti-neutrino. Beta-förfall är en vanlig process.

Forskare har dock några betydande osäkerheter om neutronernas livslängd och om neutronen som sönderfaller inuti en kärna som leder till en protonemission. Detta kallas beta-fördröjd protonemission. Det finns bara ett fåtal neutronrika kärnor för vilka beta-fördröjd protonemission är energetiskt tillåten. Den radioaktiva kärnan beryllium-11 ( ¹¹ Be), en isotop som består av 4 protoner och 7 neutroner, med sin sista neutron mycket svagt bunden, är bland dessa sällsynta fall. Forskare observerade nyligen en överraskande stor beta-fördröjd protonnedbrytningshastighet för ¹¹ Vara. Deras arbete publiceras i Physical Review Letters .

Upptäckten av en exotisk nära-tröskelresonans som gynnar protonsönderfall är en nyckel för att förklara det beta-fördröjda protonsönderfallet av ¹¹ Vara. Upptäckten är också en anmärkningsvärd och inte helt förstådd manifestation av kvantmångkroppsfysik. Många kroppsfysik involverar interagerande subatomära partiklar. Medan forskare kan känna till fysiken som gäller för varje partikel, kan hela systemet vara för komplicerat att förstå.

Observationen av en nära tröskelresonans i ¹¹ B är nyckeln för att förklara det stora värdet av det beta-fördröjda protonsönderfallet av ¹¹ Vara. Resultaten pekar på en tvåstegsprocess och bort från mer exotiska förklaringar som en sönderfallskanal för mörk materia. Att förstå detta tillstånd hjälper forskare att begränsa teorier om instabila kärnkraftssystem. Det väcker också frågor om arten av denna sönderfallsprocess inklusive fysik bortom standardmodellen.

Sedan ¹¹ Be är en radioaktiv neutronrik kärna, kärnfysiker förväntade sig inte att den skulle sönderfalla via protonradioaktivitet. Det höga värdet som observerats för den beta-fördröjda protonsönderfallet i ¹¹ Bli tillskyndad till spekulationer om arten av förfallet inklusive exotiska processer utanför standardmodellen. En alternativ förklaring behövde förekomsten av en oobserverad, mycket snäv resonans i ¹¹ B.

Fysiker vid John D. Fox Accelerator Laboratory vid Florida State University, som använder en radioaktiv ¹⁰ Var strålen i ett mått på ¹⁰ Be(d,n)-reaktion, observerade en smal protonsönderfallande resonans i ¹¹ B. Detta resultat stöder bevis för att det beta-fördröjda protonsönderfallet av ¹¹ Be är faktiskt en sekventiell tvåstegsprocess där en nära tröskelresonans i ¹¹ B befolkas först i ett beta-sönderfall med en efterföljande protonemission. Placeringen av resonansen och dess sönderfallsegenskaper är ett unikt fall som lyfter fram komplex kvantfysik för många kroppar av instabila system. + Utforska vidare

Forskare observerar exotiska radioaktiva sönderfallsprocesser