http://www.physorg.com/news113761594.html
November 08, 2007
放射性（radioactivity）在超過一個世紀以前被發現，而且從那時起就被物理學家研究了，在科學中看來似乎是個相對已了結的主題。然而，從 1960 年代起，至少還有一個關於「原子核如何自發性地射出不同的粒子之未決問題」的追蹤持續跟實驗者糾纏不休，大部分是因為沒有能力對轉瞬即逝的（fleeting）、特異的原子核進行精確測量。
在本週一篇發表於 Physical Review Letters 的論文中，由 Marek Pfutzner（波蘭華沙大學的物理學家）所領導的一個跨國團隊，對於這個問題的答案向前逼近了幾步。科學家描述，他們有史以來第一次成功地在已知 nuclear map（原子核圖）的邊緣，仔細看見一種稀有鐵同位素的放射性衰變。用來獲致此結果的工具，包含了先進物理設備與成像技術（那在大部分現成的數位相機中都可發現）的新奇結合。
"我們以一種直接而明確的方式證明，這個極端缺乏中子的原子核，因同時放射出二個質子而衰變，" 作者們寫道。
Pfutzner 等人準備要更進一步解一種特異的放射性形態 -- 從鐵-45（原子核有 26 個質子與19個中子）放射出 2 個質子。（鐵的穩定形態，在地球上最豐富，有 26 個質子與 30 個中子）其中一個可能性是，鐵-45同位素或著間或釋出一種充滿能量、由 2 個質子連接成對的雙質子（diproton）。其他可能性是，質子接連地或同時地快速放射，而且沒有連接在一起。
該研究在密西根州立大學的 NSCL 完成，不過關鍵裝置是由 Pfutzner 及其華沙大學同僚所打造的一種偵測器。儘管有個綽號叫做「大砲（the cannon）」，因為它看起來很像某種太空時代的軍事裝置，但這個偵測器不會發射任何東西，它不過是 NSCL 耦合粒子迴旋加速器設施所產生的稀有同位素射線的目標。
這個偵測器包含一個前端氣體室，那可以接受稀有同位素，然後將其速度減緩至光速的一半。後端的成像系統（以高階數位相機製成，具有標準的 CCD 技術）記錄幽靈般的、從衰變中之鐵-45原子核放射出來，射入大砲口部的質子軌道影像。
分析這些影像後，科學家排除了理論化的雙質子放射（diproton emission），並指出，在放射質子間所觀測到的相關性，最能以一種形態的原子核轉變，即所謂的三體衰變（three-body decay）來描述。關於這種過程的理論，先前已由 Leonid Grigorenko 描述過。他是俄羅斯 Joint Institute for Nuclear Research 的物理學家，同時也是本論文的共同作者。
"在實驗與 Grigorenko 的理論間有令人驚訝的一致性，該理論考慮到放射出來的一對質子與後代原子核之間複雜的相互作用，" Robert Grzywacz 說，田納西大學與 ORNL 的物理學家，同時也是本論文的共同作者。
除了闡明一種新型態的放射性衰變之外，該技術也能致使在轉瞬即逝的、稀有同位素研究上有額外發現。這些同位素很可能包含了解中子星內部過程與決定原子核存在限制的關鍵。
這個實驗本身亦回顧（harkens back）早期實驗核子物理學，在其中視覺資訊被當成 raw data。在相機時代之前，這些資訊一般都憑藉科學家透過顯微鏡計數的直覺而獲得，例如當α粒子擊中硫化鋅篩檢器時在鏡頭下所呈現出來的細微閃光。
"這或許是第一次，在現代核子物理學中，放射性衰變的基礎新資訊，是來自於數位相機所拍攝的照片，" Andreas Stolz 說，NSCL 的助教授，本論文的共同作者。"通常，在核子物理學實驗中，你有數位化的資料以及來自於電子設備，數個頻道的資訊，不過未曾有過影像。"
※ 相關報導：
＊ Two-Proton Correlations in the Decay of 45Fe
http://link.aps.org/abstract/PRL/v99/e192501
K. Miernik, W. Dominik, Z. Janas, M. Pfutzner,
L. Grigorenko, C. R. Bingham,3 H. Czyrkowski, M. Cwiok,
I. G. Darby, R. Dabrowski, T. Ginter, R. Grzywacz,
M. Karny, A. Korgul, W. Kusmierz, S. N. Liddick,
M. Rajabali, K. Rykaczewski, and A. Stolz
Phys. Rev. Lett. 99, 192501 (2007)
doi:10.1103/PhysRevLett.99.192501
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