我们周围的物质并不都是稳定的。有些物质会发生放射性衰变，形成更稳定的同位素。科学家利用德克萨斯农工大学回旋加速器研究所的先进设备，首次观察到氧-13 发生独特的放射性衰变，产生三个氦核、一个质子和一个正电子。
科学家们在氧-13 中发现了一种新的放射性衰变模式，在这种模式下，氧-13 会分解成三个氦核、一个质子和一个正电子。得克萨斯农工大学回旋加速器研究所采用了独特的实验装置，对氧-13 的衰变过程进行了密切监测，从而使这一发现成为可能。
科学家们现在首次观测到了一种新的衰变模式。在这种衰变中，氧的一种较轻形式--氧-13（有 8 个质子和 5 个中子）--通过分裂成 3 个氦核（没有周围电子的原子）、1 个质子和 1 个正电子（电子的反物质版本）而衰变。
科学家通过观察单个原子核破裂并测量破裂产物来观察这种衰变。
科学家以前曾观察到放射性衰变的有趣模式，其过程被称为"β-加衰变"。在这个过程中，质子变成中子，并通过发射正电子和反中微子来释放产生的部分能量。在最初的β衰变之后，产生的原子核可以拥有足够的能量来沸腾掉额外的粒子，使自身变得更加稳定。
这种新的衰变模式是首次观测到β衰变后释放出三个氦核（α粒子）和一个质子。这些发现可以让科学家们了解衰变过程和衰变前原子核的特性。
原子核经过这种新衰变模式的β衰变后产生的粒子图像。由此产生的原子核分裂成三个氦核（α）和一个质子（p），它们来自一个衰变点（红圈）。图片来源：J. Bishop 提供
在这项实验中，研究人员利用德克萨斯农工大学回旋加速器研究所（Cyclotron Institute at Texas A&M University）的回旋加速器产生了一束高能量（约为光速的 10%）的放射性原子核。他们将这束放射性物质（氧-13）送入一个名为德克萨斯主动目标时间投影室（TexAT TPC）的设备中。这种物质会停在这个充满二氧化碳气体的探测器内，并在大约 10 毫秒后通过发射一个正电子和一个中微子（β-加衰变）而发生衰变。
研究人员将氧-13 逐个核植入探测器并等待其衰变，然后使用 TexAT TPC 测量β衰变后沸腾的任何粒子。接下来，他们用计算机程序分析数据，以确定粒子在气体中留下的轨迹。这样，他们就能识别出罕见事件（每 1200 次衰变中才出现一次），即β-衰变后有四个粒子被释放出来。