科學家終於成功解釋：鈹11中子暈基態的神秘β延遲質子衰變！

科學家現在終於成功解釋了Be11（鈹）中子暈基態的神秘β延遲質子衰變。在SMEC模型中的研究表明，集體共振的存在，攜帶了附近質子衰變通道的許多特徵，這解釋了這種令人費解的衰變。這種近閾值共振態的出現，是任何開放量子系統中的普遍現象，在開放量子系統中，束縛態和非束縛態強烈地混合在一起（本文“燒腦”溫馨提示：如無相關知識基礎，你會看的一臉懵逼）。

原子團簇是亞原子物理中最令人費解的現象之一，這種結構的許多例子包括具有兩個中子暈的Li 11（鋰）核基態，還有著名的C12（碳）霍伊爾共振，它在恆星中重元素合成中起著至關重要的作用。在天體物理條件下，閾值附近的窄共振是基本的，在這種條件下，大多數反應發生在非常低的能量下。對於這些狀態，粒子發射通道可以有效地與其他型別的衰減競爭，例如光子發射。

在粒子發射閾值附近廣泛存在的窄共振現象表明，這是開放量子系統中普遍存在的一種現象，在開放量子系統中，束縛態和非束縛態強烈混合，導致具有附近衰變通道特徵的集合態出現。其研究成果發表在《物理評論快報》期刊上，來自波蘭克拉科夫的IFJ PAN、法國卡昂的GANIL和美國FRIB裝置的物理學家，對Be 11 核弱束縛基態的β衰變延遲質子發射做出瞭解釋。

在這個神秘兩階段過程的第一階段，具有暈環結構的Be 11基態中子衰變為電子、反中微子和質子，導致Be 11 基態向B 11（硼）共振轉變。在第二階段，質子從這個共振發射到Be 10狀態。Be 11中存在1/2+總角動量和宇稱共振，這與附近質子發射通道的許多特徵相似，解釋了Be 11發生這種暈衰過程的可能性。B 11中質子和氚發射閾值的接近表明，這種共振也可能包含氚團簇組態的混合物。

這項研究是基於鑲嵌在連續體中的殼模型（SMEC）進行，粒子發射閾值（核子、氘、α粒子等）附近的狀態集團化度量是關聯能量，它是為SMEC的每個本徵態計算。競爭效應決定了最大集合化時的激發能量：耦合到衰變通道、庫侖勢壘和離心勢壘。波蘭科學院核物理研究所的Jacek Okolowicz教授解釋說：對於較高的角動量值（L>1）和/或耦合到帶電粒子發射通道，相關能量極值高於該通道的閾值能量。

在密歇根州立大學該小組最新的實驗工作中，觀察到B 11的質子發射來自總角動量為1/2+或3/2+，能量為11。425（20）MeV，寬度為12（5）keV的態，它位於Be 11基態的衰變中。實驗中提出的B 11共振比質子發射閾值高197（20）keV，比中子發射閾值低29（20）keV。使用SMEC模型理論研究包括殼模型的分立態核子-核子有效相互作用，以及描述離散束縛態核子與連續態核子之間耦合的Wigner-Bartlett相互作用。

對B 11中Jπ=1/2+和3/2+態進行了計算，確定了最有可能的共振角動量。殼層模型狀態透過與質子和中子反應通道的耦合進行混合。只有第三激發態的1/2+態存在波函式集團化現象，其最大關聯能位於質子發射閾值以上142keV處。由此得出結論，B 11 中介導 Be 11基態衰變的共振必須具有總角動量和宇稱Jπ=1/2+。11。600（20）MeV處窄的5/2+共振略高於中子發射閾值，被中子或α粒子發射擊穿，對B 10中子俘獲截面值有顯著影響。

這個巨大的截面表明，透過耦合到附近的中子發射通道，5/2+共振波函式被強烈修改。實際上，在SMEC模型計算中，在中子發射閾值附近存在第六個5/2+態，它在L=2分波中強烈耦合到溝道［10B（3+）+n］5/2+。理論確定的最大集合態，比中子發射閾值高113keV，接近5/2+態的實驗能量。研究用中子暈研究了Be 11的β-p+衰變這一令人費解的案例。在SMEC模型中進行的分析，證實了B 11在質子發射閾值附近存在集體共振，並支援指定Jπ=1/2+量子數。

這種共振波函式類似於附近的質子發射通道，這意味著在這個過程中，β衰變可以解釋為中子從Be 11暈到B 11共振的準自由衰變，其中單個質子與Be 10核耦合。Jπ=1/2+共振與通道［10Be+p］的相似性，也解釋了質子衰變的光譜因子很大，而這種態的α衰變的部分寬度很小。然而，附近Jπ=3/2+態的性質可以用α模型，第四個3/2+態來解釋，它主要是透過SMEC粒子的發射而衰變，而這種狀態很難耦合到一箇中子或質子的發射通道。

高於中子發射閾值［10B+n］的是5/2+共振，這對B 10中子俘獲至關重要。SMEC模型第六個5/2+態的波函式在中子發射閾值附近顯示出非常強的集合性，這解釋了B 10中子俘獲的巨大觀測截面。質子（中子）發射閾值附近出現集體質子（中子）共振的原因是L=0（L=2）與質子（中子）散射態空間的耦合。在這一點上，B 11 案例遵循了C12、Li 11或F 15中閾值狀態的其他例子。未來需要對Be 10（p，p）Be 10反應進行實驗研究，以瞭解11。425 MeV質子共振的本質。