Onderzoekers van de Iowa State University hebben geholpen om het bestaan ​​van een subatomaire structuur aan te tonen waarvan men dacht dat het niet zou bestaan.

James Varie, hoogleraar natuurkunde en sterrenkunde, en Andrey Shirokov, een bezoekende wetenschapper, samen met een internationaal team, gebruikte geavanceerde supercomputersimulaties om het quasi-stabiele bestaan ​​van een tetraneutron aan te tonen, een structuur bestaande uit vier neutronen (subatomaire deeltjes zonder lading).

De nieuwe bevinding werd gepubliceerd in Fysieke beoordelingsbrieven , een publicatie van de American Physical Society, op 28 oktober.

Zelfstandig, neutronen zijn erg onstabiel en zullen na tien minuten worden omgezet in protonen - positief geladen subatomaire deeltjes. Groepen van twee of drie neutronen vormen geen stabiele structuur, maar de nieuwe simulaties in dit onderzoek tonen aan dat vier neutronen samen een resonantie kunnen vormen, een structuur die een tijdje stabiel is voordat hij vervalt.

Voor de tetraneutron, deze levensduur is slechts 5×10^(-22) seconden (een kleine fractie van een miljardste van een nanoseconde). Hoewel deze tijd erg kort lijkt, het is lang genoeg om te studeren, en biedt een nieuwe weg voor het verkennen van de sterke krachten tussen neutronen.

"Dit opent een hele nieuwe onderzoekslijn, "Zei Vary. "Het bestuderen van de tetraneutronen zal ons helpen de krachten van de interneutronen te begrijpen, inclusief voorheen onontgonnen kenmerken van de onstabiele twee-neutronen- en drie-neutronensystemen."

De geavanceerde simulaties die de tetraneutron demonstreren, bevestigen het eerste waarnemingsbewijs van de tetraneutron eerder dit jaar in een experiment dat werd uitgevoerd in de RIKEN Radioactive Ion Beam Factory (RIBF), in Saitama, Japan. Er wordt al 40 jaar gezocht naar de tetraneutronenstructuur met weinig bewijs dat het bestaan ​​ervan ondersteunt, tot nu. De eigenschappen voorspeld door de berekeningen in de simulaties waren consistent met de waargenomen eigenschappen van het experiment in Japan.

Het onderzoek in Japan maakte gebruik van een straal Helium-8, Helium met 4 extra neutronen, botsen met een normaal helium-4-atoom. De botsing breekt de Helium-8 op in een andere Helium-4 en een tetraneutron in zijn korte resonantietoestand, voor het, te, breekt uit elkaar, vormen vier eenzame neutronen.

"We weten dat aanvullende experimenten met ultramoderne faciliteiten in voorbereiding zijn met als doel om precieze kenmerken van het tetraneutron te krijgen, "Vary zei. "We bieden onze state-of-the-art voorspellingen om deze experimenten te begeleiden."

Het bestaan ​​van het tetraneutron, eenmaal bevestigd en verfijnd, zal een interessante nieuwe ingang en opening toevoegen aan de kaart van nucliden, een grafiek die alle bekende kernen en hun isotopen weergeeft, of kernen met een ander aantal neutronen. Net als bij het periodiek systeem, die het chemische gedrag van elementen organiseert, de nuclidenkaart geeft het radioactieve gedrag van elementen en hun isotopen weer. Terwijl de meeste kernen neutronen één voor één optellen of aftrekken, dit onderzoek toont aan dat een neutron zelf een opening zal hebben tussen een enkel neutron en een tetraneutron.

De enige andere bekende neutronenstructuur is een neutronenster, kleine maar dichte sterren waarvan wordt gedacht dat ze bijna volledig uit neutronen bestaan. Deze sterren zijn misschien slechts ongeveer zeven mijl in straal, maar hebben een massa die vergelijkbaar is met die van onze zon. Neutronensterren hebben neutronen in de orde van 10^57. Verder onderzoek kan onderzoeken of er andere aantallen neutronen zijn die een stabiele resonantie vormen langs het pad naar het bereiken van de grootte van een neutronenster.