Experiment so štyrmi neutrónmi našiel dôkaz dlho hľadanej častice pozostávajúcej zo štyroch neutrónov.

Zatiaľ čo všetky atómové jadrá okrem vodíka pozostávajú z protónov a neutrónov, fyzici už viac ako pol storočia hľadajú časticu zloženú z jedného, ​​troch alebo štyroch neutrónov. Experimenty vykonané tímom fyzikov z Technickej univerzity v Mníchove (TUM) v laboratóriu urýchľovača vo výskumnom areáli Garching naznačujú, že môže byť prítomná častica so štyrmi viazanými neutrónmi.

Zatiaľ čo jadroví fyzici súhlasia s tým, že vo vesmíre neexistujú žiadne systémy tvorené iba protónmi, už viac ako 50 rokov hľadajú častice zložené z jedného, ​​troch alebo štyroch neutrónov.

Vo Van de Graaffovom tandemovom urýchľovači laboratória Maier-Leibnitz v Garching Research Campus bombardoval tím fyzikov z Technickej univerzity v Mníchove (TUM) terč lítium-7 atómovým jadrom lítium-7, ktoré bolo urýchlené na 12 percent rýchlosti svetla. Všetky výsledky meraní naznačujú, že ich experimenty produkovali požadovaný uhlík-10 a tetraneutrón. Poďakovanie: Sonja Battenberg / TUM

Ak takáto častica existuje, časti teórie silnej interakcie sa musia prehodnotiť. Navyše, podrobnejšie štúdium týchto častíc nám môže pomôcť lepšie pochopiť vlastnosti neutrónových hviezd.

„Silná interakcia je doslova sila, ktorá drží svet v jeho jadre. Atómy ťažšie ako vodík by boli bez nej nepredstaviteľné,“ hovorí Dr. Thomas Westermann, ktorý riadil experimenty.

Všetko teraz ukazuje na skutočnosť, že práve tieto typy častíc boli vytvorené v jednom z nedávnych experimentov uskutočnených na dnes už neexistujúcom van de Graafovom tandemovom urýchľovači častíc vo výskumnom kampuse v Garchingu.

Vo Van de Graaffovom tandemovom urýchľovači laboratória Maier-Leibnitz vo výskumnom kampuse v Garchingu tím fyzikov z Technickej univerzity v Mníchove (TUM) bombardoval lítium-7 terč atómovým jadrom lítium-7, pričom sa zrýchlil na 12 percent. rýchlosť svetla. Všetky výsledky meraní naznačujú, že ich experimenty produkovali požadovaný uhlík-10 a tetraneutrón. Poďakovanie: Thomas Faestermann / TUM

Dlhé hľadanie tetraneutrónu

Pred dvadsiatimi rokmi zverejnila francúzska výskumná skupina merania, ktoré interpretovali ako znak požadovaného tetraneutrónu. Následná práca iných skupín však ukázala, že použitá metodológia nedokázala existenciu tetraneutrónu.

V roku 2016 sa skupina v Japonsku pokúsila vyrobiť tetraneutrón z hélia-4 bombardovaním lúčom rádioaktívnych častíc hélia-8. Táto reakcia by mala produkovať berýlium-8. V skutočnosti boli schopní odhaliť štyri takéto atómy. Z výsledkov meraní vedci dospeli k záveru, že tetraneutrón nebol korelovaný a rýchlo sa rozpadol späť na štyri neutróny.

Dr. Thomas Westermann na vstupnom poklope tandemového urýchľovača Van de Graaff vo výskumnom areáli v Garchingu. Tu viac ako desať miliónov voltov urýchlilo lítiové ióny na približne 12 percent rýchlosti svetla. Westermann a jeho tím bombardovali cieľ lítium-7 týmito iónmi lítia. Všetky výsledky meraní naznačujú, že ich experimenty produkovali požadovaný uhlík-10 a tetraneutrón. Kredit: Ole Benz / TUM

Vo svojich experimentoch Westermann a jeho tím bombardovali terč lítium-7 časticami lítium-7, ktoré sa zrýchlili na približne 12 percent rýchlosti svetla. Okrem tetraneutrónu by mal produkovať uhlík 10. Tento druh sa totiž fyzikom podarilo objaviť. Opakovanie potvrdilo výsledok.

nepriamy dôkaz

Výsledky merania tímu sa zhodovali s očakávaným podpisom uhlíka 10 v jeho prvom excitovanom stave a viazaného tetraneutrónu 0,42 megaelektrónvoltov (MeV). Podľa meraní bude tetraneutrón približne rovnako stabilný ako samotný neutrón. Potom sa rozpadá beta rozpadom s polčasom rozpadu 450 sekúnd. „Pre nás je to jediné rozumné fyzikálne vysvetlenie nameraných hodnôt vo všetkých ohľadoch,“ vysvetľuje Dr. Thomas Westermann.

Dr. Roman Gernhäuser, výskumník z Katedry fyziky Technickej univerzity v Mníchove (TUM), je v cieľovej miestnosti tandemového urýchľovača Van de Graaff v kampuse Garching, kde ióny lítia zrýchlili na približne 12 percent rýchlosti. svetlo zasiahlo terč lítium 7. Všetky výsledky meraní naznačujú, že ich experimenty vyprodukovali požadovaný uhlík-10 a tetraneutrón. Kredit: Ole Benz / TUM

Z ich meraní tým dosiahol istotu nad 99,7 percenta, čiže 3 sigma. Ale vo fyzike sa existencia častice považuje za presvedčivú až po dosiahnutí istoty 5 sigma. Výskumníci teda teraz netrpezlivo očakávajú nezávislé potvrdenie.

Referencia: „Indicators for a Linked Quaternary Neutron“ od Thomasa Westermanna, Andreasa Bergmayera, Romana Gernhausera, Dominica Kohla a Mahmouda Mahgouba, 26. novembra 2021 Dostupné tu. Písmená z fyziky B.
DOI: 10.1016 / j.physletb.2021.136799

Laboratórium Mayer-Leibnitz so svojim tandemovým urýchľovačom Van de Graaf spoločne prevádzkujú Technická univerzita v Mníchove a Univerzita Ludwiga Maximiliána v Mníchove. Zariadenie bolo zo štrukturálnych dôvodov zatvorené začiatkom roka 2020. Všetci piati autori publikácie sú absolventmi alebo zamestnancami Technickej univerzity v Mníchove.