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物理学家观察到钾同位素的罕见核衰变

KDK 合作组织使用 KDK 阵列（K=钾 DK=衰变）在橡树岭国家实验室 (ORNL) 的霍利菲尔德放射性离子束设施测量了钾 40 的罕见衰变分支。

在自然界中，一些元素的原子核会自然衰变，变成其他元素的原子核。这种变化有时候对我们有好处，有时候则可能带来麻烦。以钾-40为例，这种同位素大部分时间会变成钙-40，但也有大约10%的几率变成氩-40。

这个变化过程中的一个关键步骤叫做电子捕获，它不仅能告诉我们原子核的内部结构，还能帮助我们测定地球上岩石的年龄——因为钾-40的半衰期非常长，足以覆盖地质学上的十亿年时间尺度。

最近，科学家们通过一个为期一个月的实验，首次直接观察到了从钾-40到氩-40的一个非常罕见但至关重要的衰变路径。这一发现不仅可能提升我们对核物理过程的理解，还能提高我们测定地质年代的精确度。相关研究成果已发表在《物理评论快报》和《物理评论C》两本杂志上。

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《钾-40》

钾-40是钾元素的一种放射性同位素。它在自然界中的存在对地质学和生物学都非常重要。

钾-40的特性：

半衰期：钾-40的半衰期非常长，大约为1.248×10^9年。

衰变方式：钾-40可以通过两种方式衰变：

约89.28%的钾-40会衰变成钙-40

约10.72%的钾-40会通过电子捕获衰变成氩-40

钾-40的应用：

地质年代测定：钾-40到氩-40的衰变反应是地质学上钾-氩年代测定法的依据，这个方法可以用来测定岩石的年代。

生物学意义：尽管钾-40是放射性同位素，但它在人体中的含量非常低，不足以对健康造成影响。事实上，钾是人体必需的元素之一。

氩-40的特性：

稳定性：氩-40是一种稳定的气体，它是地球大气中氩气的主要组成部分。

来源：地球上的氩-40主要来自钾-40的衰变

在这项研究中，科学家们缩小了之前理论预测的范围，提高了对钾-40的性质的估计，这对某些物理实验来说非常重要。此外，他们的实验结果还表明，在轻元素的原子核中，一种叫做中微子双β衰变的过程发生得比预期要慢。

科学家们使用了位于橡树岭国家实验室的Holifield放射性离子束设备，通过KDK阵列（K代表钾，DK代表衰变）来测量这一罕见衰变分支。这个阵列由ORNL的模块化全吸收光谱仪和一个特制的硅漂移X射线探测器组成。

虽然大多数钾-40的电子捕获衰变都会释放出一种特征的伽马射线，但也有一小部分衰变过程中不会释放任何伽马射线。这种情况发生在钾-40捕获一个电子后直接变成氩-40基态的时候。

这项研究的成果不仅为我们提供了独特的实验证据，证明了所谓的禁止衰变确实存在，还帮助科学家们更准确地预测核结构，并减少了基于钾的地质和太阳系年龄估计的不确定性。这些发现对于寻找超出标准模型的新物理现象也有重要意义。