Понимание ядерной энергетики может потребовать серьезных изменений

Эксперимент с четырьмя нейтронами обнаружил свидетельство долгожданной частицы, состоящей из четырех нейтронов.

В то время как все атомные ядра, кроме водорода, состоят из протонов и нейтронов, физики искали частицу, состоящую из одного, трех или четырех нейтронов более полувека. Эксперименты, проведенные группой физиков из Технического университета Мюнхена (TUM) в лаборатории ускорителей в исследовательском кампусе Гархинга, показывают, что может присутствовать частица, состоящая из четырех связанных нейтронов.

Хотя физики-ядерщики согласны с тем, что во Вселенной нет систем, состоящих только из протонов, они ищут частицы, состоящие из двух, трех или четырех нейтронов, более 50 лет.

На тандемном ускорителе Ван де Граафа лаборатории Майера-Лейбница в исследовательском кампусе Гархинга группа физиков из Мюнхенского технического университета (TUM) бомбардировала мишень из лития-7 атомным ядром лития-7, которое было ускорено до 12 процентов скорости света. Все результаты измерений показывают, что их эксперименты дали желаемый углерод-10 и тетранейтрон. Предоставлено: Соня Баттенберг / ТУМ.

Если такая частица существует, части теории сильного взаимодействия необходимо переосмыслить. Кроме того, более подробное изучение этих частиц может помочь нам лучше понять свойства нейтронных звезд.

«Сильное взаимодействие — это буквально сила, которая держит мир в его основе. Атомы тяжелее водорода были бы немыслимы без этого», — говорит доктор Томас Вестерманн, руководивший экспериментами.

Теперь все указывает на тот факт, что именно эти типы частиц были созданы в одном из недавних экспериментов, проведенных на ныне несуществующем тандемном ускорителе частиц Ван де Граа в исследовательском кампусе Гархинга.

На тандемном ускорителе Ван де Граафа лаборатории Майера-Лейбница в исследовательском кампусе Гархинга группа физиков из Мюнхенского технического университета (TUM) бомбардировала мишень из лития-7 атомным ядром лития-7, разогнавшись до 12 процентов. скорость света. Все результаты измерений показывают, что их эксперименты дали желаемый углерод-10 и тетранейтрон. Предоставлено: Thomas Faestermann / TUM.

Долгие поиски тетранейтрона

20 лет назад французская исследовательская группа опубликовала измерения, которые они интерпретировали как сигнатуру желаемого тетранейтрона. Однако последующая работа других групп показала, что использованная методология не может доказать существование тетранейтрона.

В 2016 году группа в Японии попыталась создать тетранейтрон из гелия-4, бомбардировав его пучком радиоактивных частиц гелия-8. В результате этой реакции должен образоваться бериллий-8. Фактически, им удалось обнаружить четыре таких атома. По результатам измерений исследователи пришли к выводу, что тетранейтрон не коррелирован и быстро распался обратно на четыре нейтрона.

Доктор Томас Вестерманн у люка доступа к тандемному ускорителю Ван де Графф в исследовательском кампусе Гархинга. Здесь более десяти миллионов вольт ускоряли ионы лития примерно до 12 процентов скорости света. Вестерманн и его команда бомбардировали мишень из лития-7 этими ионами лития. Все результаты измерений показывают, что их эксперименты дали желаемый углерод-10 и тетранейтрон. Предоставлено: Оле Бенц / ТУМ.

В своих экспериментах Фестерманн и его команда бомбардировали мишень из лития-7 частицами лития-7, ускоренными примерно до 12% скорости света. Помимо тетранейтрона должен производиться углерод 10. Действительно, физикам удалось открыть этот вид. Повторение подтвердило результат.

косвенные улики

Результаты измерений группы совпали с сигнатурой, ожидаемой от углерода 10 в его первом возбужденном состоянии и связанного тетранейтрона 0,42 мегаэлектронвольта (МэВ). Согласно измерениям, тетранейтрон будет примерно таким же стабильным, как и сам нейтрон. Затем он распадается в результате бета-распада с периодом полураспада 450 секунд. «Для нас это единственное разумное физическое объяснение всесторонних измеренных значений», — поясняет д-р Томас Вестерманн.

Доктор Роман Гернхойзер, научный сотрудник факультета физики Мюнхенского технического университета (TUM), находится в целевой комнате тандемного ускорителя Ван де Граафа в кампусе Гархинга, где ионы лития ускоряются примерно до 12 процентов от скорости свет, попавший в мишень из лития 7. Все результаты измерений показывают, что в их экспериментах были получены желаемый углерод-10 и тетранейтрон. Предоставлено: Оле Бенц / ТУМ.

По их измерениям, команда достигла достоверности более 99,7 процента, или 3 сигма. Но в физике существование частицы считается окончательно только после того, как достигается достоверность 5 сигм. Таким образом, теперь исследователи с нетерпением ждут независимого подтверждения.

Ссылка: «Индикаторы связанного нейтронного тетрагона» Томаса Вестерманна, Андреаса Бергмайера, Романа Гернхаузера, Доминика Коля и Махмуда Махгуба, 26 ноября 2021 г. Доступно здесь. Письма по физике B.
DOI: 10.1016 / j.physletb.2021.136799

Лаборатория Майера-Лейбница с ее тандемным ускорителем Ван-де-Грааф совместно управляется Мюнхенским техническим университетом и Мюнхенским университетом Людвига-Максимилиана. Объект закрылся по структурным причинам в начале 2020 года. Все пять авторов публикации являются выпускниками или сотрудниками Мюнхенского технического университета.