Glin-20 to najlżejszy jak dotąd zaobserwowany izotop glinu. Wyróżnia się skrajnie niestabilną strukturą: zawiera siedem neutronów mniej niż stabilny glin i znajduje się poza tzw. linią odpadania protonów – granicą, po której przekroczeniu jądro nie jest w stanie utrzymać wszystkich protonów. W efekcie izotop ten ulega błyskawicznemu rozpadowi poprzez emisję nadmiarowych protonów.
W badaniu przeprowadzonym przez międzynarodowy zespół fizyków z Instytutu Fizyki Nowoczesnej (IMP) Chińskiej Akademii Nauk oraz kilkunastu innych ośrodków – w tym Centrum Badań Ciężkich Jonów GSI w Niemczech i Uniwersytetu Fudan – naukowcy po raz pierwszy zarejestrowali, że glin-20 rozpada się w dwuetapowym procesie, łączącym emisję jednego i dwóch protonów. Stan podstawowy izotopu emituje pojedynczy proton, przekształcając się w magnez-19, który następnie jednocześnie wyrzuca dwa kolejne protony. To pierwszy taki przypadek znany nauce.
Czytaj także: Stworzyli wyjątkowo rzadki izotop. Ten sukces zmieni przyszłość fizyki
To jednak nie wszystko. Równie ciekawy jest fakt, że w trakcie analiz fizycy natrafili na coś jeszcze: energia rozpadu glinu-20 była niższa, niż przewidywały modele teoretyczne. Ta rozbieżność może wskazywać na złamanie symetrii izospinowej – zasady zakładającej, że tzw. jądra lustrzane, różniące się tylko liczbą protonów i neutronów, powinny wykazywać podobne właściwości. Tymczasem glin-20 i jego lustrzany odpowiednik, neon-20, mogą różnić się od siebie bardziej, niż wcześniej sądzono. Nowe modele teoretyczne sugerują również odmienne wartości spinu i parzystości w ich stanach podstawowych.
Choć znanych jest już ponad 3300 nuklidów, tylko około 300 z nich jest stabilnych. Reszta ulega różnym formom rozpadu radioaktywnego – od popularnych procesów takich jak emisja alfa, beta czy gamma, po bardziej egzotyczne, jak emisja pojedynczych protonów. Od lat 70. XX wieku fizycy odkrywają kolejne zjawiska z udziałem protonów, w tym emisje dwu- i wieloprotonowe. Nowe techniki detekcyjne oraz wyspecjalizowane akceleratory cząstek pozwoliły dopiero niedawno wejść w obszar emisji trzech i więcej protonów.
Czytaj także: Chińscy naukowcy stworzyli nieznany dotąd izotop protaktynu. To przełom w badaniach nad materią atomową
Nowy izotop wykryto wykorzystując separator fragmentów w ośrodku GSI w Darmstadt. Kluczowe okazało się badanie korelacji kątowych między produktami rozpadu, które umożliwiły jednoznaczną identyfikację glinu-20 i śledzenie jego transformacji na poziomie pojedynczych jąder.
Odkrycie glinu-20 nie tylko wzbogaca mapę znanych izotopów, ale również dostarcza bezcennych danych do testowania i doskonalenia modeli opisujących strukturę jąder atomowych. Każde takie odkrycie pozwala naukowcom lepiej zrozumieć granice stabilności jądrowej i mechanizmy rządzące najkrócej istniejącymi układami cząstek otaczającej nas materii.