在一項包括橡樹嶺國家實驗室（ORNL）科學家在內的國際合作研究中，解開了一個50年前的物理學謎題，研究揭開了為什麼原子核的衰變比自由中子衰變的速度要慢，其研究成果發表在《自然物理》上。
這一研究發現，填補了物理學中對β衰變理解上的一個長期空白。β衰變是恆星產生重元素的重要過程，在預測某些核反應過程時，需要考慮一些微妙的影響，或者更現實的物理因素。
橡樹嶺國家實驗室，領導這項研究的科學家Gaute Hagen表示：幾十年來，科學家們對核衰變缺乏基本的了解，在這種衰變中，質子轉化為中子，或者中子轉化為質子，形成其他元素。 研究證明，理論模型和計算機已經發展到能夠以足夠的精度計算出一些衰變特性，以便與實驗進行直接比較的地步。為了解決這個問題，該研究團隊模擬了錫-100衰變為元素周期表上相鄰的元素銦-100。
這兩種元素擁有相同數量的質子和中子，其中錫-100擁有50個質子，而銦-100擁有49個質子。精確的計算衰變不僅需要精確的模擬母核和子核的結構，而且還需要考慮兩個核子在過渡過程中的相互作用。
由於核關聯和涉及衰變核子的相互作用結合，這種附加處理提出了一個極端的計算挑戰。 第一原理計算表明，與自由中子衰變相比，兩個核子之間的強相關性，和相互作用，減緩了原子核中的衰變，這影響了重元素的合成和尋找無中微子雙β衰變。
研究發現，很大程度上可以通過在衰變中包括兩個核子來解釋。例如：兩個質子衰變為一個質子和一個中子，或一個質子和一個中子衰變為兩個中子。 從輕元素到錫-100的衰變進行了全面研究，這些研究成果讓核物理學家在尋找宇宙中，物質形成中最令人困惑謎團的答案時更加自信。除了常規的衰變，科學家們正在尋找計算無中子雙β衰變的方法。
雙β衰變是一種理論上的核衰變形式，如果被觀測到，它將探索重要的新物理學，並有助於確定中微子的質量。由於錫-100質子和中子數量相等，表現出了異常高的衰變率，這給了橡樹嶺國家實驗室研究團隊一個強有力的信號來驗證結果。 此外錫-100原子核具有「雙重β衰變」這意味著核子填滿了原子核內已定義的殼層，使其具有較強的束縛性，結構也相對簡單。橡樹嶺國家實驗室的NUCCOR代碼被編程來解決核多體問題。
此外錫-100原子核具有「雙重β衰變」這意味著核子填滿了原子核內已定義的殼層，使其具有較強的束縛性，結構也相對簡單。橡樹嶺國家實驗室的NUCCOR代碼被編程來解決核多體問題。
比如：擅長在和圖表上下描述雙重β衰變核，像錫-100具有「雙重β衰變」的原子核並不像其他許多原子核那麼複雜，這意味著可以使耦合聚類方法可靠的進行計算，這種方法通過計算單個核子之間的力來計算大原子核性質。然而，為了建立衰變模型，還必須計算銦-100的結構，銦-100是一種比具有「雙重β衰變」錫-100更為複雜的原子核。這需要更精確的處理核子之間的強相關性，對此研究人員借鑑了量子化學中把電子視為波的思想，成功的開發出了模擬這些過程的技術。
在該研究中，處理的是核子而不是電子，但是量子化學的概念，已經幫助科學家從「雙重β衰變」的核分支出來，擴展到這些開殼層區域，現在已經證明了β衰變的理論理解與實驗數據相符。這些結果可以幫助實驗科學家選擇一種最優的探測材料，來發現這一罕見現象。使用不同的無中子雙β衰變核模型進行計算可能相差多達6倍，該研究的目標是為其他模型和理論提供一個新的基準。