首次测量裸核双光子衰变：锗-72实验的突破性发现

核衰变过程的研究对于理解原子核的复杂运作至关重要。在这些过程中，双光子或双伽马(2γ)衰变尤为引人注目。这种二阶电磁过程涉及处于激发态的原子核同时发射两个伽马射线。

然而问题在于，这种衰变极其罕见，难以直接测量。最近，发表在《物理评论快报》上的一项研究，首次测量了锗-72中的孤立核双光子衰变，为在特定条件下原子核的行为提供了新的见解。

想象一个被激发的原子核，充满了之前相互作用产生的能量。在典型的衰变中，这种能量会以单个γ射线（高能光包）的形式释放出来。然而，在罕见的双光子衰变情况下，原子核会采取不同的途径。它会先经历一个虚拟跃迁，暂时从周围的真空借取能量，来创造一对带相反电荷的粒子——正负电子对。正负电子对的存在并不长久，它们随后会相互湮灭，以同时发射两种伽马射线的形式释放能量。

这种过程的罕见性源于电子-正电子对的虚拟性质。它们的产生和湮灭发生得如此之快，以至于无法直接观察。此外，发射γ射线的能量受到电子-正电子对质量的限制，将衰变限制在激发态原子核能量低于特定阈值的条件下。

研究团队精心设计了他们的实验，以克服这些挑战并直接测量锗-72中的双光子衰变率。他们采用了独特的技术组合。首先，他们使用了一个储存环，一种粒子加速器，它将离子限制在一个圆形路径中。这使他们能够分离锗-72原子核并在受控环境中研究它们。