Андрей Широков (слева) из Московского государственного университета в России, который был приглашенным ученым в штате Айова, и Джеймс Вэри из штата Айова являются частью международной группы физиков-ядерщиков, которые теоретизировали, предсказали и объявили о четырехнейтронной структуре в 2014 году. и 2016. Фото: Кристофер Гэннон / Колледж свободных искусств и наук Университета штата Айова.

Джеймс Вэри ждал экспериментов по ядерной физике, чтобы подтвердить реальность «тетранейтрона», который он и его коллеги теоретизировали, предсказали и впервые объявили во время презентации летом 2014 года, а осенью 2016 года последовала исследовательская работа.

«Всякий раз, когда мы представляем теорию, мы всегда должны говорить, что ждем экспериментального подтверждения», — сказал Вэри, профессор физики и астрономии Университета штата Айова.

В случае четырех нейтронов (очень, очень) на короткое время связанных во временном квантовом состоянии или резонансе, этот день для Вэри и международной группы теоретиков уже настал.

Только что объявленное экспериментальное открытие тетранейтрона международной группой под руководством исследователей из немецкого Технического университета Дармштадта открывает двери для новых исследований и может привести к лучшему пониманию того, как устроена Вселенная. Это новое и экзотическое состояние материи также может иметь свойства, полезные в существующих или новых технологиях.

Нейтроны, как вы, наверное, помните из уроков естествознания, представляют собой субатомные частицы без заряда, которые в сочетании с положительно заряженными протонами составляют ядро ​​атома. Отдельные нейтроны нестабильны и через несколько минут превращаются в протоны. Комбинации двойных и тройных нейтронов также не образуют того, что физики называют резонансом — состоянием вещества, которое временно стабильно перед распадом.

Войдите в тетранейтрон. Используя мощность суперкомпьютера в Национальной лаборатории Лоуренса Беркли в Калифорнии, теоретики подсчитали, что четыре нейтрона могут образовать резонансное состояние со временем жизни всего 3x10 -22 секунды, что составляет менее одной миллиардной миллиардной секунды. Трудно поверить, но физикам достаточно долго учиться.

Расчеты теоретиков говорят, что тетранейтрон должен иметь энергию около 0,8 миллиона электрон-вольт (единица измерения, обычная в физике высоких энергий и ядерной физике — видимый свет имеет энергию от 2 до 3 электрон-вольт). нарисованного пика энергии, показывающего тетранейтрон, будет около 1,4 миллиона электрон-вольт. Теоретики опубликовали последующие исследования, которые показали, что энергия, вероятно, будет находиться в диапазоне от 0,7 до 1,0 миллиона электрон-вольт, а ширина - в диапазоне от 1,1 до 1,7 миллиона электрон-вольт. Эта чувствительность возникла из-за выбора различных доступных кандидатов для взаимодействия между нейтронами.

В только что опубликованной статье в журнале Nature сообщается, что эксперименты на заводе по производству пучков радиоактивных изотопов в исследовательском институте RIKEN в Вако, Япония, показали, что энергия и ширина тетранейтрона составляют около 2,4 и 1,8 миллиона электрон-вольт соответственно. Они оба больше, чем теоретические результаты, но Вэри сказал, что неопределенности в текущих теоретических и экспериментальных результатах могут скрыть эти различия.

«У тетранейтрона такая короткая жизнь, что это довольно большой шок для мира ядерной физики, что его свойства могут быть измерены до того, как он распадется», — сказал Вэри. «Это очень экзотическая система».

На самом деле это «совершенно новое состояние материи », сказал он. «Это недолговечно, но указывает на возможности. Что произойдет, если вы соедините два или три из них вместе? Можно ли получить больше стабильности?»

Эксперименты по поиску тетранейтрона начались в 2002 году, когда была предложена структура некоторых реакций с участием одного из элементов, металла под названием бериллий. Команда RIKEN обнаружила намеки на тетранейтрон в экспериментальных результатах, опубликованных в 2016 году.

«Тетранейтрон присоединится к нейтрону только как второй беззарядный элемент ядерной карты», — написал Вэри в резюме проекта. Это «предоставляет ценную новую платформу для теорий сильных взаимодействий между нейтронами».

Мейтал Дьюер из Института ядерной физики Технического университета Дармштадта является соответствующим автором статьи в Nature под названием «Наблюдение коррелированной свободной четырехнейтронной системы», в которой объявляется об экспериментальном подтверждении существования тетранейтрона. Результаты эксперимента считаются статистическим сигналом с пятью сигмами, что означает окончательное открытие с вероятностью один к 3,5 миллиона, что открытие является статистической аномалией.

Теоретическое предсказание было опубликовано 28 октября 2016 года в журнале Physical Review Letters под названием «Предсказание четырехнейтронного резонанса». Первым автором является Андрей Широков из Института ядерной физики им. Скобельцына при Московском государственном университете в России, который был приглашенным ученым в штате Айова. Вари является одним из соответствующих авторов.

«Можем ли мы создать маленькую нейтронную звезду на Земле?» Вари назвал краткое изложение тетранейтронного проекта. Нейтронная звезда — это то, что остается, когда у массивной звезды заканчивается топливо и она коллапсирует в сверхплотную нейтронную структуру. Тетранейтрон также является нейтронной структурой, как заметил Вэри, это «короткоживущая, очень легкая нейтронная звезда».

Личная реакция Вари? «Я практически отказался от экспериментов, — сказал он. «Я ничего не слышал об этом во время пандемии. Это стало большим шоком. Боже мой, вот мы здесь, у нас действительно может быть что-то новое».

Ссылки по теме:

• Источник: Phys.org