Progress on the proton decays of A ∼ 20 nuclei around the proton drip line

开展滴线附近原子核的核子自发发射的实验研究, 有助于人们发现滴线附近的新核素或新的共振态, 揭示远离稳定线原子核的奇特结构和衰变特性, 对探索原子核稳定性的极限、理解极端同位旋条件下的核子-核子相互作用具有重要意义. 北京大学实验核物理研究团队利用美国密歇根州立大学国家超导回旋加速器实验室放射性束流装置提供的$^{20}\rm~Mg$次级束, 开展了$A~\sim~20$质子滴线区原子核的质子衰变研究. 对$^{18}\rm~Na$的单质子衰变、$^{20}\rm~Mg$激发态的双质子衰变、$^{21}\rm~Al$的三质子衰变和$^{18}\rm~Mg$的四质子衰变过程进行了完整运动学测量, 利用不变质量法得到了4个原子核发射质子的衰变能谱. 实验上确定了$^{18}\rm~Na$基态位置, 解决了此前在$^{18}\rm~Na$基态指认过程中存在的问题. 首次观察到了超出质子滴线两个中子的新核素$^{18}\rm~Mg$, 并确定了其基态质量. 对$^{20}\rm~Mg$, $^{21}\rm~Al$和$^{18}\rm~Mg$的多质子衰变产物进行了多体关联分析, 结合蒙特卡罗模拟, 发现$^{20}\rm~Mg$和$^{21}\rm~Al$的质子非束缚态分别主要通过两步和三步级联的单质子发射进行衰变, 而$^{18}\rm~Mg$的基态主要通过两步级联的直接双质子发射进行衰变.