太棒啦，终于成功解释：铍11中子晕基态的神秘β延迟质子衰变！

科学家现在终于成功解释了Be11（铍）中子晕基态的神秘β延迟质子衰变。在SMEC模型中的研究表明，集体共振的存在，携带了附近质子衰变通道的许多特征，这解释了这种令人费解的衰变。这种近阈值共振态的出现，是任何开放量子系统中的普遍现象，在开放量子系统中，束缚态和非束缚态强烈地混合在一起（本文“烧脑”温馨提示：如无相关知识基础，你会看的一脸懵逼）。

原子团簇是亚原子物理中最令人费解的现象之一，这种结构的许多例子包括具有两个中子晕的Li 11（锂）核基态，还有著名的C12（碳）霍伊尔共振，它在恒星中重元素合成中起着至关重要的作用。在天体物理条件下，阈值附近的窄共振是基本的，在这种条件下，大多数反应发生在非常低的能量下。对于这些状态，粒子发射通道可以有效地与其他类型的衰减竞争，例如光子发射。

在粒子发射阈值附近广泛存在的窄共振现象表明，这是开放量子系统中普遍存在的一种现象，在开放量子系统中，束缚态和非束缚态强烈混合，导致具有附近衰变通道特征的集合态出现。其研究成果发表在《物理评论快报》期刊上，来自波兰克拉科夫的IFJ PAN、法国卡昂的GANIL和美国FRIB设备的物理学家，对Be 11 核弱束缚基态的β衰变延迟质子发射做出了解释。

在这个神秘两阶段过程的第一阶段，具有晕环结构的Be 11基态中子衰变为电子、反中微子和质子，导致Be 11 基态向B 11（硼）共振转变。在第二阶段，质子从这个共振发射到Be 10状态。Be 11中存在1/2+总角动量和宇称共振，这与附近质子发射通道的许多特征相似，解释了Be 11发生这种晕衰过程的可能性。B 11中质子和氚发射阈值的接近表明，这种共振也可能包含氚团簇组态的混合物。

这项研究是基于镶嵌在连续体中的壳模型(SMEC)进行，粒子发射阈值（核子、氘、α粒子等）附近的状态集团化度量是关联能量，它是为SMEC的每个本征态计算。竞争效应决定了最大集合化时的激发能量：耦合到衰变通道、库仑势垒和离心势垒。波兰科学院核物理研究所的Jacek Okolowicz教授解释说：对于较高的角动量值(L>1)和/或耦合到带电粒子发射通道，相关能量极值高于该通道的阈值能量。

在密歇根州立大学该小组最新的实验工作中，观察到B 11的质子发射来自总角动量为1/2+或3/2+，能量为11.425(20)MeV，宽度为12(5)keV的态，它位于Be 11基态的衰变中。实验中提出的B 11共振比质子发射阈值高197(20)keV，比中子发射阈值低29(20)keV。使用SMEC模型理论研究包括壳模型的分立态核子-核子有效相互作用，以及描述离散束缚态核子与连续态核子之间耦合的Wigner-Bartlett相互作用。

对B 11中Jπ=1/2+和3/2+态进行了计算，确定了最有可能的共振角动量。壳层模型状态通过与质子和中子反应通道的耦合进行混合。只有第三激发态的1/2+态存在波函数集团化现象，其最大关联能位于质子发射阈值以上142keV处。由此得出结论，B 11 中介导 Be 11基态衰变的共振必须具有总角动量和宇称Jπ=1/2+。11.600(20)MeV处窄的5/2+共振略高于中子发射阈值，被中子或α粒子发射击穿，对B 10中子俘获截面值有显著影响。

这个巨大的截面表明，通过耦合到附近的中子发射通道，5/2+共振波函数被强烈修改。实际上，在SMEC模型计算中，在中子发射阈值附近存在第六个5/2+态，它在L=2分波中强烈耦合到沟道[10B(3+)+n]5/2+。理论确定的最大集合态，比中子发射阈值高113keV，接近5/2+态的实验能量。研究用中子晕研究了Be 11的β-p+衰变这一令人费解的案例。在SMEC模型中进行的分析，证实了B 11在质子发射阈值附近存在集体共振，并支持指定Jπ=1/2+量子数。

这种共振波函数类似于附近的质子发射通道，这意味着在这个过程中，β衰变可以解释为中子从Be 11晕到B 11共振的准自由衰变，其中单个质子与Be 10核耦合。Jπ=1/2+共振与通道[10Be+p]的相似性，也解释了质子衰变的光谱因子很大，而这种态的α衰变的部分宽度很小。然而，附近Jπ=3/2+态的性质可以用α模型,第四个3/2+态来解释，它主要是通过SMEC粒子的发射而衰变，而这种状态很难耦合到一个中子或质子的发射通道。

高于中子发射阈值[10B+n]的是5/2+共振，这对B 10中子俘获至关重要。SMEC模型第六个5/2+态的波函数在中子发射阈值附近显示出非常强的集合性，这解释了B 10中子俘获的巨大观测截面。质子(中子)发射阈值附近出现集体质子(中子)共振的原因是L=0(L=2)与质子(中子)散射态空间的耦合。在这一点上，B 11 案例遵循了C12、Li 11或F 15中阈值状态的其他例子。未来需要对Be 10(p，p)Be 10反应进行实验研究，以了解11.425 MeV质子共振的本质。

为了更好地计算出中子反应通道和邻近中子共振的性质，需要观测B10(d，p)Be 11反应。此外，需要进行广泛的实验和理论分析来确定β-p+通道的分支比，因为目前实验值比SMEC模型的预测大2倍，未来的理论研究还应解释L=0虚拟中子态对反应通道[B10+n]的影响。

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博科园｜研究/来自：波兰科学院核物理研究所

研究发表期刊《物理评论快报》

DOI: 10.1103/PhysRevLett.124.042502

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