近日，南京理工大学物理学院钱以斌教授团队在重核奇特衰变研究上取得重要进展。相关成果以“Three-body barrier dynamics of double-alpha decay in heavy nuclei”为题发表在物理学顶级期刊Physical Review Letters上（https://link.aps.org/doi/10.1103/jxqh-6gpj）。物理学院博士生唐树林为第一作者，钱以斌教授为独立通讯作者，博士生万涛参与部分工作，南京理工大学为第一单位。合作者包括同济大学的任中洲教授、复旦大学的周波教授、河海大学的柏栋教授和瑞典皇家工学院的亓冲、R. Wyss和R. Liotta。
双alpha衰变（两个alpha粒子同时从母核发射）作为一个重要的奇特衰变模式，对其深入研究可以提供关于研究质子中子在核内相互作用的新视角以及探索重核的核结构性质，却一直未在实验上被观察到。由于实验探测器的更新以及实验技术的进步，当前多个国际重要的实验室正在尝试观察双alpha衰变。理论上，多种不同的方法被用于预测双alpha衰变寿命，如能量密度泛函（EDF），半唯象模型（UMADAC）和类液滴模型（MGLDM）等。然而，不同理论对双alpha衰变的预测存在较大差异，导致实验上对alpha衰变观测的开展较为困难。
左图为双alpha衰变示意图，右图为连续衰变示意图。
在本研究中，研究团队将双alpha衰变的两个alpha粒子和剩余子核处理为一个三体系统。通过发展类Faddeev方程对三体模型进行坐标变换，给出了该系统的相互作用势，并求解该坐标表象下的三体薛定谔方程来获得衰变宽度和半衰期。团队确定了若干有希望产生双alpha衰变的候选核，包括108Xe、218Ra、224Pu、222U、216Rn和220Th，其预测半衰期介于109至1012秒之间，使其处于当前实验可实现的范围内，还预测了两个alpha粒子相对于彼此的发射角度分布，为在实验室中检测这种衰变提供了有意义的参考。
本工作得到了国家自然科学基金项目的支持。感谢南京理工大学半导体微纳结构与量子信息感知工业和信息化部重点实验室和人事处对于本研究的支持。
