Een onderzoeksteam van de Lomonosov Moscow State University, met behulp van nieuwe interactie tussen neutronen, heeft theoretisch de lage-energetische tertaneutron-resonantie die recentelijk experimenteel werd verkregen, gerechtvaardigd. Dit bewijst het zeer korte bestaan ​​van een deeltje dat uit vier neutronen bestaat. Volgens de supercomputersimulaties, de levensduur van de tetraneutronen is 5×10 ^-22 sec. De onderzoeksresultaten worden gepubliceerd in een toptijdschrift Fysieke beoordelingsbrieven .

Een team bestaande uit Russische, Duitse en Amerikaanse wetenschappers, waaronder Andrey Shirokov, senior onderzoeker aan het Skobeltsyn Institute of Nuclear Physics, heeft de energie van de resonante tetraneutronentoestand berekend. Hun theoretische berekeningen, gebaseerd op een nieuwe benadering en nieuwe interactie tussen neutronen, correleren met de resultaten van een experiment waarin een tetraneutron werd geproduceerd.

Op zoek naar neutronenstabiliteit

Een neutron leeft ongeveer 15 minuten voordat het vervalt, het produceren van een proton, elektron en een antineutrino. Er is ook een ander bekend stabiel systeem dat bestaat uit een enorm aantal neutronen:neutronensterren. Wetenschappers hebben geprobeerd uit te vinden of er andere systemen zijn, zelfs van korte duur, puur uit neutronen bestaat.

Een systeem bestaande uit twee neutronen vormt niet eens een toestand van korte duur. Na meerjarige experimentele en fundamentele studies, wetenschappers concludeerden dat er geen dergelijke toestanden zijn in een systeem dat bestaat uit drie neutronen. Zoekt naar een tetraneutron, een cluster van vier neutronen, bestaat al meer dan 50 jaar. Deze zoektochten waren vruchteloos tot 2002, toen een groep Franse onderzoekers in een experiment bij de Large Heavy Ion National Accelerator in Caen zes gebeurtenissen ontdekte die konden worden geïnterpreteerd als tetraneutronenproductie. Echter, de reproductie van dit experiment is mislukt, en sommige wetenschappers zijn van mening dat ten minste een deel van de oorspronkelijke gegevensanalyse onjuist was.

Een nieuwe fase van het zoeken naar tetraneutronen vond plaats in de Radioactive Ion Beam Factory in het RIKEN Institute, Japan, die een hoogwaardige bundel van ⁸ Hij kernen. De ⁸ De kern bestaat uit een α-deeltje (de ⁴ Hij kernen) en vier neutronen. Een paar onderzoeksteams hadden de tetraneutron-zoekopdrachten in RIKEN voorgesteld. In de eerste van deze experimenten, de ⁸ Hij kernen gebombardeerd de ⁴ Hij doel. Als gevolg van de aanrijding is het α-deeltje werd uit de geslagen ⁸ Hij, met achterlating van het systeem van vier neutronen. Er zijn vier gebeurtenissen gedetecteerd die werden geïnterpreteerd als de kortstondige resonantietoestand van tetraneutronen. Dit experiment werd begin 2016 gerapporteerd, en gaat door.

Hoe lang kan een tetraneutron bestaan?

De onderzoekers van de Lomonosov Moscow State University publiceerden in hun artikel over theoretische evaluaties van de tetraneutron-resonantietoestandsenergie en zijn levensduur. Ze droegen bij aan de voorbereiding van een van de voorgestelde experimentele zoektochten naar het tetraneutron toen een groep experimentatoren uit Duitsland om hulp vroeg.

Andrej Shirokov, de eerste auteur van het artikel, zegt:"We hebben dergelijke evaluaties gemaakt in verschillende modellen, en de verkregen resultaten werden gebruikt om het experiment te ondersteunen. Daarna, we werkten de theoretische aanpak grondig uit en voerden tal van simulaties uit op supercomputers. De resultaten zijn gepubliceerd in onze paper in Fysieke beoordelingsbrieven ."

De theoretische resultaten voor de energie van tetraneutronenresonantie van 0,84 MeV komen goed overeen met de Japanse experimentele bevinding van 0,83 MeV, dat wil zeggen, echter, gekenmerkt door een grote onzekerheid (ongeveer ±2 MeV). De berekende breedte van de resonante tetraneutronentoestand is 1,4 MeV, wat overeenkomt met de levensduur van ongeveer 5×10 ^-22 sec.

Shirokov zegt, "Het is vermeldenswaard dat geen van de eerdere theoretische artikelen het bestaan ​​​​van de resonante tetraneutronentoestand heeft voorspeld bij zulke lage energieën van ongeveer 1 MeV."

Het nieuwe resultaat komt waarschijnlijk voort uit een nieuwe theoretische benadering van de studies van resonantietoestanden in nucleaire systemen, ontwikkeld door de wetenschappers. Deze aanpak is zorgvuldig getest op modelproblemen en in minder gecompliceerde systemen, en pas daarna toegepast op de tetraneutronenstudies die de details van het vierdeeltjesverval van dit systeem verklaren.

Shirokov, echter, geeft een alternatieve mogelijkheid aan:"Een andere mogelijke reden is het feit dat we een nieuwe interactie tussen neutronen hebben gebruikt die door ons team is uitgewerkt. Onze tetraneutronenstudies zullen worden voortgezet, we zullen simulaties uitvoeren met andere, meer traditionele interacties. Tegelijkertijd, onze Franse collega's gaan het tetraneutron met onze interactie bestuderen binnen hun aanpak. Natuurlijk, we kijken allemaal uit naar de resultaten van nieuwe experimentele tetraneutronen-zoekopdrachten."