中國科學院近代物理研究所科研人員及合作者開展了恒星環境下59Fe激發態β衰變壽命的實驗研究并取得進展。該研究結束了長期以來59Fe星體環境β衰變速率只能依賴理論計算的現狀，對于理解恒星中60Fe的合成過程及天文觀測具有重要意義，相關研究成果發表在Physics Review Letters上。
放射性核素60Fe（半衰期約230萬年）在核天體物理研究中扮演重要角色。太空中的60Fe在衰變過程中會發射出特征γ射線，為研究天體演化及核素合成提供重要數據。宇宙中的另外一個放射性核素26Al（半衰期約72萬年），與60Fe有類似的合成場所。通過比較它們衰變所發射的特征γ射線通量，可以提取恒星演化過程的重要信息，并檢驗星體模型。然而，研究發現，60Fe與26Al特征γ射線通量之比與理論預言并不相符，其中一個重要影響因素是59Fe在星體環境下的β衰變速率無法準確測量，在星體模型計算中只能依賴理論計算，導致60Fe在大質量恒星中的產額無法精確計算。為此，近代物理所研究人員首次提出利用電荷交換反應間接測量59Fe激發態β衰變壽命的想法，實驗在美國超導回旋加速器國家實驗室（NSCL）加速器上進行。
實驗中，研究人員利用該實驗室提供的次級束流氚轟擊59Fe靶，將59Fe激發到59Fe的激發態，并利用高精度磁譜儀S800和大型伽馬探測器陣列GRETINA測量反應產生的3He粒子和59Fe退激發射的γ射線，成功提取出計算59Fe激發態β衰變速率的重要信息。該研究結束了長期以來59Fe星體環境下的β衰變速率只能依賴理論計算的現狀，對理解60Fe的核合成過程具有重要意義。
此外，結合最新測量結果，科研人員通過星體模型計算發現，60Fe在18倍太陽質量的恒星中產額比以往的計算結果下降了40%，該結果縮小了60Fe與26Al特征γ射線通量的理論預言與實驗觀察間的差異，為理解該問題提供了重要的實驗數據。
研究工作得到國家重點研發計劃和中科院戰略性先導科技專項（B類）的支持。
圖1.大質量恒星中60Fe的合成過程
圖2.18倍太陽質量60Fe產額。藍色（LMP）為以往計算結果，紅色（present work）為利用本實驗數據的計算結果
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