核物理学：競合的な二重ガンマ核崩壊の観測

励起状態にある量子系の二重ガンマ（γγ）崩壊は、量子電気力学の基本的な二次過程である。よく知られた単一ガンマ（γ）崩壊とは対照的に、γγ崩壊には、それぞれが連続エネルギースペクトルを持つ2個のγ量子を同時に放出するという特徴がある。核物理学では、このエキゾチック崩壊モードは、スピンパリティ量子数J^π = 0⁺を持つ状態間の遷移に対してのみ観測されている。γγ崩壊を観測する上で実験の主要な障害となる単一γ崩壊は、これら0⁺ → 0⁺遷移に対しては厳密に禁制されている。本論文では、基底状態J^π = 3/2⁺への許容γ崩壊に直接競合する励起核状態（J^π = 11/2⁻）のγγ崩壊を観測した結果を報告する。¹³⁷Baの11/2⁻異性核の基底状態への、単一γ崩壊に対する競合するγγ崩壊の分岐比は、(2.05 ± 0.37) × 10⁻⁶と決定された。個々のγ線について測定された角相関とエネルギースペクトルの形状から、γ線の多極性の原因となる組み合わせが決定された。準粒子–フォノンモデルを使って計算した遷移行列要素によって、我々の測定結果はうまく再現された。このγγ崩壊速度から、一般化した（非対角の）核の電気分極率と磁化率など、これまで調べられていない重要な核構造情報が得られる。

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