Eksperyment z czterema neutronami znalazł dowód na istnienie długo poszukiwanej cząstki składającej się z czterech neutronów.
Podczas gdy wszystkie jądra atomowe z wyjątkiem wodoru składają się z protonów i neutronów, fizycy od ponad pół wieku poszukiwali cząstki składającej się z jednego, trzech lub czterech neutronów. Eksperymenty przeprowadzone przez zespół fizyków z Politechniki Monachijskiej (TUM) w laboratorium akceleratora na terenie kampusu badawczego Garching wskazują, że może być obecna cząstka składająca się z czterech związanych neutronów.
Chociaż fizycy jądrowi zgadzają się, że we wszechświecie nie ma systemów zbudowanych wyłącznie z protonów, od ponad 50 lat poszukują cząstek złożonych z dwóch, trzech lub czterech neutronów.
W akceleratorze tandemowym Van de Graaff w Laboratorium Maier-Leibnitz w kampusie badawczym Garching zespół fizyków z Uniwersytetu Technicznego w Monachium (TUM) zbombardował cel litowy-7 jądrem atomowym litu-7, który został przyspieszony do 12 procent prędkości światła. Wszystkie wyniki pomiarów wskazują, że ich eksperymenty dały pożądany węgiel-10 i tetraneutron. Źródło: Sonja Battenberg / TUM
Jeśli taka cząstka istnieje, część teorii oddziaływań silnych należy przemyśleć na nowo. Ponadto bardziej szczegółowe badanie tych cząstek może pomóc nam lepiej zrozumieć właściwości gwiazd neutronowych.
„Silne oddziaływanie jest dosłownie siłą, która utrzymuje świat w jego jądrze. Bez niej atomy cięższe od wodoru byłyby niewyobrażalne” – mówi dr Thomas Westermann, który kierował eksperymentami.
Wszystko teraz wskazuje na to, że właśnie te rodzaje cząstek powstały w jednym z ostatnich eksperymentów przeprowadzonych w nieistniejącym już tandemowym akceleratorze cząstek Van de Graaffa w kampusie badawczym Garching.
W akceleratorze tandemowym Van de Graaff w Laboratorium Maier-Leibnitz w kampusie badawczym Garching zespół fizyków z Uniwersytetu Technicznego w Monachium (TUM) zbombardował cel litowy-7 jądrem atomowym litu-7, przyspieszając do 12% prędkość światła. Wszystkie wyniki pomiarów wskazują, że ich eksperymenty dały pożądany węgiel-10 i tetraneutron. Źródło: Thomas Faestermann / TUM
Długie poszukiwania tetraneutronu
20 lat temu francuska grupa badawcza opublikowała pomiary, które zinterpretowali jako sygnaturę pożądanego tetraneutronu. Jednak późniejsze prace innych grup wykazały, że zastosowana metodologia nie mogła udowodnić istnienia tetraneutronu.
W 2016 roku grupa z Japonii próbowała wytworzyć tetraneutron z helu-4, bombardując go wiązką radioaktywnych cząstek helu-8. Ta reakcja powinna wytworzyć beryl-8. W rzeczywistości byli w stanie wykryć cztery takie atomy. Na podstawie wyników pomiarów naukowcy doszli do wniosku, że tetraneutron nie był skorelowany i szybko rozpadł się z powrotem na cztery neutrony.
Dr Thomas Westermann przy włazie dostępu do akceleratora tandemowego Van de Graaffa w kampusie badawczym Garching. Tutaj ponad dziesięć milionów woltów przyspiesza jony litu do około 12% prędkości światła. Westermann i jego zespół zbombardowali cel litu-7 tymi jonami litu. Wszystkie wyniki pomiarów wskazują, że ich eksperymenty dały pożądany węgiel-10 i tetraneutron. Źródło: Ole Benz / TUM
W swoich eksperymentach Faestermann i jego zespół zbombardowali cel litu-7 cząstkami litu-7 przyspieszonymi do około 12% prędkości światła. Oprócz tetraneutronu powinien wytwarzać węgiel 10. Rzeczywiście, fizykom udało się odkryć ten gatunek. Powtórzenie potwierdziło wynik.
poszlaki
Wyniki pomiarów zespołu odpowiadały sygnaturze oczekiwanej od węgla 10 w jego pierwszym stanie wzbudzonym i związanego tetraneutronu o wartości 0,42 megaelektronowolta (MeV). Zgodnie z pomiarami tetraneutron będzie w przybliżeniu tak stabilny jak sam neutron. Następnie rozpada się przez rozpad beta z okresem półtrwania 450 sekund. „Dla nas jest to jedyne rozsądne fizyczne wytłumaczenie wszechstronnych zmierzonych wartości”, wyjaśnia dr Thomas Westermann.
Dr Roman Gernhäuser, naukowiec z Wydziału Fizyki Uniwersytetu Technicznego w Monachium (TUM), znajduje się w docelowym pomieszczeniu akceleratora tandemowego Van de Graaffa na terenie kampusu Garching, gdzie jony litu przyspieszyły do około 12% prędkości światło, uderzając w tarczę litu 7. Wszystkie wyniki pomiarów wskazują, że ich eksperymenty wytworzyły pożądany węgiel-10 i tetraneutron. Źródło: Ole Benz / TUM
Na podstawie swoich pomiarów zespół osiągnął pewność ponad 99,7 procent, czyli 3 sigma. Ale w fizyce istnienie cząstki rozważa się ostatecznie dopiero po osiągnięciu pewności 5 sigma. Dlatego naukowcy z niecierpliwością oczekują niezależnego potwierdzenia.
Odniesienie: „Wskaźniki dla związanego tetragonu neutronów” Thomas Westermann, Andreas Bergmayer, Roman Gernhauser, Dominic Kohl i Mahmoud Mahgoub, 26 listopada 2021 r. Dostępne tutaj. Fizyka Litery B.
DOI: 10.1016 / j.physletb.2021.136799
Laboratorium Mayera-Leibnitza z akceleratorem tandemowym Van de Graaf jest wspólnie obsługiwane przez Uniwersytet Techniczny w Monachium i Uniwersytet Ludwiga Maksymiliana w Monachium. Placówka została zamknięta ze względów konstrukcyjnych na początku 2020 roku. Cała piątka autorów publikacji to absolwenci lub pracownicy Politechniki Monachijskiej.
„Introwertyk. Myśliciel. Rozwiązuje problemy. Specjalista od złego piwa. Skłonny do apatii. Ekspert od mediów społecznościowych. Wielokrotnie nagradzany fanatyk jedzenia.”
