锌-70原子核低能态增强现象的磁性特征

原子核跃迁释放γ射线是核物理的基础现象。当原子核从高能态回到低能态时，会以光子形式释放能量，这类高能光子就叫γ射线。早在1904年，卢瑟福就首次描述了放射性衰变中γ射线的本质；三十年后他又确认核反应也会产生γ射线。如今，γ射线被视作原子核的‘指纹’，广泛应用于核结构研究、天体物理、医疗、食品灭菌和国家安全等领域。

γ射线的发射强度随能量变化的规律称为γ射线强度函数（γSF）。在较高能量（约12–20 MeV）区域，γSF呈现一个宽泛的‘巨共振’峰；而在较低能量（<3 MeV）区域，部分原子核（如铁-56、钼-95等）却意外出现额外增强，即‘低能增强效应’（LEE）。这一现象对理解恒星内部元素合成（核合成）和原子核结构至关重要——它会显著提高中子俘获反应截面，从而影响重元素（如铁-60）在宇宙中的生成量。

然而，LEE究竟是电性跃迁（E1，涉及质子空间分布变化）还是磁性跃迁（M1，涉及电流与角动量变化）引起的？这个问题困扰学界二十多年。理论预测多倾向M1，但始终缺乏直接实验证据。

本研究在密歇根州立大学稀有同位素束流装置（FRIB）上，利用铜-70的两种不同状态（基态6⁻和亚稳态1⁺）发生β衰变，选择性地激发锌-70的不同能级，并结合新型β衰变-γ谱学技术进行精密测量。关键思路在于：锌-70低能区几乎全是正宇称态，而铜-70亚稳态（1⁺）衰变主要填充0⁺、1⁺、2⁺等正宇称态，导致电性跃迁（E1）因缺少负宇称终态而被强烈抑制；相比之下，铜-70基态（6⁻）衰变可填充5⁻、6⁻、7⁻等负宇称态，E1跃迁不受限。因此，对比两条γSF曲线的差异，就能分离出E1和M1成分。

分析结果明确显示：锌-70的低能增强完全由磁性跃迁（M1）贡献，且其能量依赖关系符合指数规律。这不仅是首个直接证实LEE为磁性起源的实验，更终结了长达数十年的争议。该结论将极大提升我们预测恒星中中子俘获反应速率的能力，助力解开宇宙重元素起源之谜，并深化对原子核内核子复杂相互作用的理解。