美国团队追踪锌-70异常伽马射线来源，核磁跃迁或改进重元素形成模型

由美国密歇根州立大学稀有同位素束流装置(FRIB)科学家牵头的国际研究团队，近日确认了锌-70原子核释放大量低能伽马射线的来源。研究认为，原子核内部发生的磁跃迁，是导致这一异常信号增强的关键原因。相关成果以“70Zn低能增强的磁性特征”为题发表在《自然》杂志上。

伽马射线是受激原子核向更低、更稳定能级跃迁时释放的电磁辐射。长期以来，科学家在部分原子核中观测到低能伽马射线数量异常增加的现象，即“低能增强”(LEE)，但其物理机制一直未能明确。此次研究为这一核物理问题提供了新的实验依据。

研究团队将研究对象聚焦于锌-70。锌-70被认为具有低能增强效应，且其能级结构相对清楚。研究人员并未直接从锌-70入手，而是分析其母核铜-70两种不同能级状态的β衰变：一种为基态，另一种为激发态或异构体。这两条衰变路径分别填充锌-70中不同的能级组合，使研究人员能够从互补角度观察其核结构。

为获得高纯度铜-70离子束，团队使用了FRIB的低能束离子阱(LEBIT)进行制备，并借助求和钠碘化物探测器记录锌-70释放的伽马射线。随后，研究人员采用β-奥斯陆法和形状法两种分析方法，分别确定不同初始状态对应的伽马射线强度函数。通过比较两组结果，团队确认低能增强主要来自原子核内部的磁跃迁。

研究人员表示，这一结果为核理论模型提供了新的实验基准，也为进一步研究其他原子核中的低能增强现象提供了可行路径。由于低能增强会影响中子俘获反应速率，其结果有助于改进超新星爆发、中子星并合等极端天体环境中重元素生成过程的模型。

该项目由来自美国、加拿大、意大利、德国、挪威、韩国等国家25个机构的研究人员共同参与。研究团队认为，随着相关实验技术和异构体分离方法的发展，未来有望在更多原子核中检验这一机制，从而进一步完善核结构和核天体物理相关模型。