密歇根州立大学(MSU)国家超导回旋加速器实验室(NSCL)和加拿大国家粒子加速器TRIUMF的研究人员观察到罕见的核衰变。也就是说，研究小组测量了富含中子的铍11的β衰变后发出的低动能质子。研究小组在最近发表在《物理评论快报》上的一篇文章中介绍了他们的研究结果。
一个原子核有许多比质子更多的中子是丰中子和不稳定。它会摆脱多余的中子，从而通过β衰变过程变得稳定。Beta 衰变在原子核中很常见。在此过程中，原子核发射β粒子，并将中子转变为质子，或将质子转变为中子。
少见的是富中子核的β衰变后的质子发射。超过40年前观察到的β延迟质子发射通常发生在富含质子的原子核中。对于载有中子的原子核，除非中子松散地束缚且基本没有自由，否则它无视能量定律在β衰变后发出质子。这种条件可以在所谓的晕核中得到满足，其中一个或两个中子围绕剩余的核以相当大的距离运行。
NSCL探测器系统物理学家Yassid Ayyad说：“β衰变后，发生中子富集子的核很少发生，”质子发射难以捉摸。“铍11是最有前途的。β衰变到硼11和随后的质子发射后，铍变成10。我们观察到的外来放射性衰变对理解外来核，特别是对晕核具有新的挑战。 “。
根据欧洲核研究组织(CERN)的同位素在线质量分离器(ISOLDE)设施和维也纳的维也纳环境研究促进剂(VERA)设施的实验，中子中β延迟质子发射的可能性丰富的核异常高。研究人员没有直接观察到来自铍11衰变的质子。这导致了涉及极其奇特的衰变的猜测。代替发射质子，光晕中子将转变为不可检测的暗物质粒子。暗物质是看不见的假设物质。它可能由不与正常物质或光相互作用但仍施加引力的奇异粒子组成。
阿亚德强调了这种推测的重要性。他说：“如果得到证实，这种情况将是对暗物质的首次间接观察。”
ISOLDE / VERA小组提出了另一种解释，即高衰减率的原因。它涉及到硼11中的狭窄共振，接近能量阈值，在该阈值处原子核被允许发射质子。这种情况使人想起了Hoyle状态，即碳12的激发态，该状态非常接近α-粒子分离能，原子能围绕该能量阈值发射核，α粒子可以发射出α-粒子(氦4)。天文学家弗雷德·霍伊尔(Fred Hoyle)于1954年首次提出了该状态，以解释恒星中碳的产生。
密西根州立大学国家超导回旋加速器实验室的探测器系统物理学家Yassid Ayyad是研究小组的成员，该小组观察到稀有的铍11核发生了罕见的衰变。在这里，他持有实验中使用的“主动目标时间投影室”检测器的打击垫平面。图片来源：国家超导回旋加速器实验室
艾亚德说：“这项工作最令人兴奋的结果之一是，质子的发射通过硼11原子核中的高激发窄共振态进行，”因此证实了涉及阈共振的“霍伊尔样”情形。
该小组使用了由NSCL开发的主动目标时间投影室(AT-TPC)进行实验。该充气检测器具有非常大的检测概率，并且以高精度和高精度提供粒子的能量。该探测器提供了铍11衰变中发射的带电粒子的三维图像，包括有关其能量的信息。TRIUMF同位素分离器和加速器设备提供了铍11束。实验人员将光束植入探测器的中间以捕获其衰减模式。铍11分解为铍10和质子，能量分布窄，仅占时间的0.0013%。铍10与衰变质子一起被认为形成了硼11 核。 具有在短时间内存在的高激发能量。
这项研究对将来的研究很感兴趣。MSU的稀有同位素束设施(FRIB)提供的AT-TPC和强稀有同位素束将使表征这种新的共振并寻找其他更奇特的粒子发射体成为可能。