Không phải mọi vật chất xung quanh chúng ta đều ổn định. Một số chất trải qua quá trình phân rã phóng xạ để tạo thành các đồng vị ổn định hơn. Sử dụng thiết bị tiên tiến tại Viện Cyclotron của Đại học Texas A&M, các nhà khoa học lần đầu tiên đã quan sát được sự phân rã phóng xạ độc đáo của oxy-13, tạo ra ba hạt nhân helium, một proton và một positron.
Các nhà khoa học hiện đã lần đầu tiên quan sát thấy một kiểu phân rã mới. Trong quá trình phân rã này, một dạng oxy nhẹ hơn - oxy-13 (có 8 proton và 5 neutron) - phân rã bằng cách tách thành 3 hạt nhân helium (nguyên tử không có electron xung quanh), 1 proton và 1 positron (phiên bản phản vật chất của electron).
Các nhà khoa học quan sát sự phân rã này bằng cách quan sát từng hạt nhân vỡ ra và đo các sản phẩm phân rã.
Các nhà khoa học trước đây đã quan sát thấy các mô hình thú vị trong quá trình phân rã phóng xạ, một quá trình được gọi là "phân rã beta-cộng". Trong quá trình này, proton biến thành neutron và giải phóng một phần năng lượng được tạo ra bằng cách phát ra positron và phản neutrino. Sau quá trình phân rã beta ban đầu, hạt nhân thu được có thể có đủ năng lượng để đun sôi các hạt thừa, khiến nó ổn định hơn.
Chế độ phân rã mới này là quan sát đầu tiên về quá trình phân rã beta giải phóng ba hạt nhân helium (hạt alpha) và một proton. Những phát hiện này cho phép các nhà khoa học hiểu được quá trình phân rã và tính chất của hạt nhân trước khi phân rã.
Hình ảnh của các hạt được tạo ra sau khi hạt nhân trải qua quá trình phân rã beta ở chế độ phân rã mới này. Hạt nhân thu được tách thành ba hạt nhân helium (α) và một proton (p), xuất phát từ một điểm phân rã (vòng tròn màu đỏ). Nguồn hình ảnh: Được cung cấp bởi J.Bishop
Trong thí nghiệm này, các nhà nghiên cứu đã sử dụng Viện cyclotron tại Đại học Texas A&M để tạo ra chùm hạt nhân phóng xạ năng lượng cao (khoảng 10% tốc độ ánh sáng). Họ gửi chùm chất phóng xạ (oxy-13) này vào một thiết bị có tên là Phòng chiếu thời gian mục tiêu hoạt động của Texas (TexATTPC). Vật liệu này dừng lại bên trong máy dò chứa đầy khí carbon dioxide và phân hủy sau khoảng 10 mili giây bằng cách phát ra một positron và neutrino (phân rã beta-plus).
Các nhà nghiên cứu đã cấy oxy-13 vào từng hạt nhân của máy dò và đợi cho nó phân rã, sau đó sử dụng TexATTPC để đo bất kỳ hạt nào sôi lên sau quá trình phân rã beta. Tiếp theo, họ sử dụng một chương trình máy tính để phân tích dữ liệu nhằm xác định dấu vết các hạt để lại trong khí. Bằng cách này, họ có thể xác định được một sự kiện hiếm gặp (chỉ xảy ra một lần trong mỗi 1.200 phân rã) trong đó bốn hạt được giải phóng sau phân rã beta.