Разбирането на ядрената енергия може да се нуждае от голяма промяна

Експериментът с четири неутрона намери доказателства за дълго търсена частица, състояща се от четири неутрона.

Докато всички атомни ядра с изключение на водорода са съставени от протони и неутрони, физиците търсят частица, съставена от един, три или четири неутрона, повече от половин век. Експерименти, проведени от екип от физици от Техническия университет в Мюнхен (TUM) в ускорителната лаборатория в изследователския кампус на Гархинг, показват, че може да присъства частица, включваща четири свързани неутрона.

Докато ядрените физици са съгласни, че във Вселената няма системи, съставени само от протони, те търсят частици, съставени от два, три или четири неутрона, повече от 50 години.

В тандемния ускорител Van de Graaff на лабораторията Maier-Leibnitz в изследователския кампус Garching, екип от физици от Техническия университет в Мюнхен (TUM) бомбардира литиево-7 мишена с литиево-7 атомно ядро, което е било ускорено до 12 процента от скоростта на светлината. Всички резултати от измерването показват, че техните експерименти са произвели желания въглерод-10 и тетранеутрон. Кредит: Соня Батенберг / TUM

Ако такава частица съществува, части от теорията за силното взаимодействие трябва да бъдат преосмислени. Освен това, изучаването на тези частици по-подробно може да ни помогне да разберем по-добре свойствата на неутронните звезди.

„Силното взаимодействие е буквално силата, която държи света в основата му. Атомите, по-тежки от водорода, биха били немислими без него“, казва д-р Томас Вестерман, който ръководи експериментите.

Сега всичко сочи към факта, че точно тези видове частици са създадени в един от последните експерименти, проведени в вече несъществуващия тандемен ускорител на частици Van de Graaff в изследователския кампус на Гархинг.

В тандемния ускорител Van de Graaff на лабораторията Maier-Leibnitz в изследователския кампус Garching, екип от физици от Техническия университет в Мюнхен (TUM) бомбардира литиево-7 мишена с литиево-7 атомно ядро, ускорявайки до 12 процента скоростта на светлината. Всички резултати от измерването показват, че техните експерименти са произвели желания въглерод-10 и тетранеутрон. Кредит: Thomas Faestermann / TUM

Дългото търсене на тетранеутрон

Преди 20 години френска изследователска група публикува измервания, които те интерпретираха като сигнатура на желания тетранеутрон. Следващата работа на други групи обаче показа, че използваната методология не може да докаже съществуването на тетранеутрон.

През 2016 г. група в Япония се опита да произведе тетранеутрон от хелий-4, като го бомбардира с лъч радиоактивни частици хелий-8. Тази реакция трябва да произведе берилий-8. Всъщност те успяха да открият четири такива атома. От резултатите от измерването изследователите стигнаха до заключението, че тетранеутронът не е корелиран и бързо се разпада обратно на четири неутрона.

Д-р Томас Вестерман в люка за достъп до тандемния ускорител Ван де Грааф в изследователския кампус Гархинг. Тук повече от десет милиона волта ускориха литиевите йони до около 12 процента от скоростта на светлината. Вестерман и неговият екип бомбардираха литиево-7 мишена с тези литиеви йони. Всички резултати от измерването показват, че техните експерименти са произвели желания въглерод-10 и тетранеутрон. Кредит: Ole Benz / TUM

В своите експерименти Фаестерман и неговият екип бомбардираха литий-7 мишена с частици литий-7, ускорени до около 12% от скоростта на светлината. В допълнение към тетранеутрона трябва да се произведе въглерод 10. Наистина, физиците са успели да открият този вид. Повторението потвърди резултата.

косвени доказателства

Резултатите от измерването на екипа съвпадат с подписа, очакван от въглерод 10 в първото му възбудено състояние и свързан тетранеутрон от 0,42 мегаелектронволта (MeV). Според измерванията тетранеутронът ще бъде приблизително толкова стабилен, колкото самият неутрон. След това се разпада чрез бета разпад с период на полуразпад от 450 секунди. „За нас това е единственото разумно физическо обяснение за всички измерени стойности“, обяснява д-р Томас Вестерман.

Д-р Роман Гернхойзер, изследовател в катедрата по физика в Техническия университет в Мюнхен (TUM), е в целевата стая на тандемния ускорител Van de Graaff в кампуса Garching, където литиевите йони се ускориха до около 12 процента от скоростта на светлина, удряща целта литий 7. Всички резултати от измерването показват, че техните експерименти са произвели желания въглерод-10 и тетранеутрон. Кредит: Ole Benz / TUM

От техните измервания екипът постигна сигурност от над 99,7 процента, или 3 сигма. Но във физиката съществуването на частицата се разглежда окончателно само след като се постигне сигурност от 5 сигма. Така изследователите сега с нетърпение очакват независимо потвърждение.

Справка: „Индикатори за свързан неутронен тетрагон“ от Томас Вестерман, Андреас Бергмайер, Роман Гернхаузер, Доминик Кол и Махмуд Махгуб, 26 ноември 2021 г. Достъпно тук. Букви по физика Б.
DOI: 10.1016 / j.physletb.2021.136799

Лабораторията Майер-Лайбниц със своя тандемен ускорител Ван де Грааф се управлява съвместно от Техническия университет в Мюнхен и университета Лудвиг Максимилиан в Мюнхен. Съоръжението е затворено по структурни причини в началото на 2020 г. И петимата автори на публикацията са завършили или служители на Техническия университет в Мюнхен.