First observation of the fine structure of the Pygmy Dipole Resonance in a nucleus away from stability via the decay of Rb to Sr
利用 TRIUMF 的高效率 GRIFFIN 光谱仪，研究人员对 Rb 向 Sr 的 衰变进行了全面的 射线光谱学研究，通过识别 190 个激发能级和 864 个跃迁，揭示了细微结构性的皮格米偶极共振（Pygmy Dipole Resonance），并证实了潘德莫尼姆效应（Pandemonium effect）的抑制以及理论模型的有效性。
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在核反应堆的核心内部，原子分裂，产生出一种由新的、不稳定的粒子组成的混乱喷流。随着这些碎片沉降，它们通过发射被称为反中微子的微小、幽灵般的粒子来释放过剩的能量。几十年来，物理学家一直试图精确预测这些粒子产生的数量及其能量，但他们的计算始终未能达标，与探测器实际观测到的结果相比，存在约百分之六的缺失。这一差异被称为“反应堆反中微子异常”，表明我们对衰变过程的理解是不完整的。缺失的部分很可能在于这些不稳定碎片的复杂行为，特别是它们如何从一个状态转变到另一个状态。为了解决这个问题，科学家必须极其精确地绘制这些碎片的能级图，寻找标准模型可能忽略的微妙模式。
一支研究团队通过研究一种特定的不稳定原子——铷-92（rubidium-92），揭开了这一谜团的一层面纱，这种原子是高能反中微子流的主要贡献者。利用位于加拿大 TRIUMF 研究设施中一台名为 GRIFFIN 的大型、高灵敏度仪器，他们观察了铷-92 衰变为锶-92（strontium-92）的过程。当铷原子衰变时，它会转化为锶，但并非仅仅转化为单一、平静的状态。相反，它会在新生成的锶原子核内填充大量的激发能级。研究人员能够探测到 864 个不同的伽马射线跃迁，这些是锶原子核从高能态弛豫时发出的闪光。这使他们能够构建一张包含 190 个激发能级的详细图谱，其中大部分能级此前从未被观测到。
主要目标是测量衰变向这些不同能级反馈的频率，这一过程此前一直被一种被称为“潘德莫尼姆效应”（Pandemonium effect）的系统误差所掩盖。这种误差发生于探测器漏掉了来自复杂衰变的微弱且众多的闪光，导致科学家错误地认为能量流向了其他地方。通过使用具有卓越分辨能力的探测器阵列，该团队捕捉到了这些微弱信号，揭示了更准确的衰变图景。他们发现，能量分布与近期使用不同方法进行的独立测量结果相吻合，这使他们对成功纠正历史误差充满信心。这种清晰度至关重要，因为这些原子的衰变方式直接塑造了反应堆产生的反中微子能谱。
令该团队发现尤为引人注目的，是在锶原子核的高能区域所观察到的现象。他们观察到，衰变频繁地进入一个被称为“皮格米偶极共振”（Pygmy Dipole Resonance）的特定能级簇。简单来说，这是一种集体振动，即原子核内的质子和中子以特定方式相互碰撞。虽然这种现象已知存在，但在像锶-92这样不稳定的原子核中通过贝塔衰变清晰地观察到其被填充，尚属首次。研究人员发现，尽管物理学表明到达这些高能态比到达低能态要困难得多，但衰变过程在到达这些高能态方面表现出了惊人的效率。
为了理解为什么会发生这种情况，团队将其实验数据与复杂的理论计算进行了对比。这些模型显示，波函数（即描述粒子在原子核内排列方式的数学描述）包含特定的特征，允许衰变绕过通常的能量障碍。本质上，原子核的内部结构创造了一条路径，使得这些高能振动变得可以触及。这一发现与在相邻原子核锆-96（zirconium-96）中的类似观察结果相呼应，但团队发现，锶-92 的衰变填充了更多的能级，并展现出更加破碎的能量释放模式。
这项工作的意义不仅限于理解一种特定的原子。通过确认这些皮格米偶联共振态在裂变碎片衰变过程中被显著填充，该研究为解决“反应堆反中微子异常”提供了一个关键的拼图碎片。它表明，这些不稳定原子核的结构在塑造反中微子能谱方面起着比此前认为的更大的作用。该数据也为未来的实验提供了重要的参考，例如使用库仑激发（Coulomb excitation）来测量这些原子核全电偶极强度的实验。最终，这项研究证明，借助合适的工具，科学家可以解析核衰变的精细细节，纠正长期的误差，并揭示支配物质亚原子尺度行为的粒子间错综复杂的舞蹈。
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