我們周圍的物質並不都是穩定的。有些物質會發生放射性衰變，形成更穩定的同位素。科學家利用德克薩斯農工大學迴旋加速器研究所的先進設備，首次觀察到氧-13 發生獨特的放射性衰變，產生三個氦核、一個質子和一個正電子。

科學家們在氧-13 中發現了一種新的放射性衰變模式，在這種模式下，氧-13 會分解成三個氦核、一個質子和一個正電子。得克薩斯農工大學迴旋加速器研究所採用了獨特的實驗裝置，對氧-13 的衰變過程進行了密切監測，從而使這一發現成為可能。

科學家們現在首次觀測到了一種新的衰變模式。在這種衰變中，氧的一種較輕形式–氧-13（有8 個質子和5 個中子）–通過分裂成3 個氦核（沒有周圍電子的原子）、1 個質子和1 個正電子（電子的反物質版本）而衰變。

科學家通過觀察單個原子核破裂並測量破裂產物來觀察這種衰變。

科學家以前曾觀察到放射性衰變的有趣模式，其過程被稱為”β-加衰變”。在這個過程中，質子變成中子，並通過發射正電子和反中微子來釋放產生的部分能量。在最初的β衰變之後，產生的原子核可以擁有足夠的能量來沸騰掉額外的粒子，使自身變得更加穩定。

這種新的衰變模式是首次觀測到β衰變後釋放出三個氦核（α粒子）和一個質子。這些發現可以讓科學家們了解衰變過程和衰變前原子核的特性。

原子核經過這種新衰變模式的β衰變後產生的粒子圖像。由此產生的原子核分裂成三個氦核（α）和一個質子（p），它們來自一個衰變點（紅圈）。圖片來源：J. Bishop 提供

在這項實驗中，研究人員利用德克薩斯農工大學迴旋加速器研究所（Cyclotron Institute at Texas A&M University）的迴旋加速器產生了一束高能量（約為光速的10%）的放射性原子核。他們將這束放射性物質（氧-13）送入一個名為德克薩斯主動目標時間投影室（TexAT TPC）的設備中。這種物質會停在這個充滿二氧化碳氣體的探測器內，並在大約10 毫秒後通過發射一個正電子和一個中微子（β-加衰變）而發生衰變。

研究人員將氧-13 逐個核植入探測器並等待其衰變，然後使用TexAT TPC 測量β衰變後沸騰的任何粒子。接下來，他們用計算機程序分析數據，以確定粒子在氣體中留下的軌跡。這樣，他們就能識別出罕見事件（每1200 次衰變中才出現一次），即β-衰變後有四個粒子被釋放出來。