Înțelegerea energiei nucleare poate necesita o schimbare majoră

Experimentul cu patru neutroni a găsit dovezi ale unei particule mult căutate, constând din patru neutroni.

În timp ce toate nucleele atomice, cu excepția hidrogenului, sunt formate din protoni și neutroni, fizicienii au căutat o particulă formată din unul, trei sau patru neutroni de mai bine de jumătate de secol. Experimentele efectuate de o echipă de fizicieni de la Universitatea Tehnică din München (TUM) în laboratorul de accelerator din campusul de cercetare Garching indică faptul că o particulă care cuprinde patru neutroni legați poate fi prezentă.

În timp ce fizicienii nucleari sunt de acord că în univers nu există sisteme alcătuite doar din protoni, ei caută particule formate din doi, trei sau patru neutroni de mai bine de 50 de ani.

La acceleratorul tandem Van de Graaff al Laboratorului Maier-Leibnitz din campusul de cercetare Garching, o echipă de fizicieni de la Universitatea Tehnică din München (TUM) a bombardat o țintă de litiu-7 cu un nucleu atomic de litiu-7 care fusese accelerat la 12% viteza luminii. Toate rezultatele măsurătorilor indică faptul că experimentele lor au produs carbonul-10 și tetraneutronul dorit. Credit: Sonja Battenberg / TUM

Dacă o astfel de particulă există, părți din teoria interacțiunii puternice trebuie regândite. În plus, studierea mai detaliată a acestor particule ne poate ajuta să înțelegem mai bine proprietățile stelelor neutronice.

„O interacțiune puternică este literalmente forța care ține lumea în centrul ei. Atomii mai grei decât hidrogenul ar fi de neimaginat fără ea”, spune Dr. Thomas Westermann, care a condus experimentele.

Totul indică acum faptul că tocmai aceste tipuri de particule au fost create într-unul dintre experimentele recente efectuate la acceleratorul de particule tandem Van de Graaff, acum dispărut, din campusul de cercetare Garching.

La acceleratorul tandem Van de Graaff al Laboratorului Maier-Leibnitz din campusul de cercetare Garching, o echipă de fizicieni de la Universitatea Tehnică din München (TUM) a bombardat o țintă de litiu-7 cu un nucleu atomic de litiu-7, accelerând până la 12% viteza luminii. Toate rezultatele măsurătorilor indică faptul că experimentele lor au produs carbonul-10 și tetraneutronul dorit. Credit: Thomas Faestermann / TUM

Îndelungata căutare a unui tetraneutron

În urmă cu 20 de ani, un grup de cercetare francez a publicat măsurători pe care le-a interpretat ca o semnătură a tetraneutronului dorit. Cu toate acestea, lucrările ulterioare ale altor grupuri au arătat că metodologia utilizată nu a putut dovedi existența unui tetraneutron.

În 2016, un grup din Japonia a încercat să producă un tetraneutron din heliu-4 bombardându-l cu un fascicul de particule radioactive de heliu-8. Această reacție ar trebui să producă beriliu-8. De fapt, au fost capabili să detecteze patru astfel de atomi. Din rezultatele măsurătorilor, cercetătorii au concluzionat că tetraneutronul nu a fost corelat și s-a degradat rapid înapoi în patru neutroni.

Dr. Thomas Westermann de la trapa de acces la acceleratorul tandem Van de Graaff din campusul de cercetare Garching. Aici, peste zece milioane de volți au accelerat ionii de litiu până la aproximativ 12% viteza luminii. Westermann și echipa sa au bombardat o țintă de litiu-7 cu acești ioni de litiu. Toate rezultatele măsurătorilor indică faptul că experimentele lor au produs carbonul-10 și tetraneutronul dorit. Credit: Ole Benz / TUM

În experimentele lor, Faestermann și echipa sa au bombardat o țintă de litiu-7 cu particule de litiu-7 accelerate la aproximativ 12% din viteza luminii. Pe lângă tetraneutron, ar trebui să producă carbon 10. Într-adevăr, fizicienii au reușit să descopere această specie. Repetiția a confirmat rezultatul.

dovezi circumstanțiale

Rezultatele măsurătorilor echipei s-au potrivit cu semnătura așteptată de la carbonul 10 în prima sa stare excitată și un tetraneutron legat de 0,42 megaelectronvolți (MeV). Conform măsurătorilor, tetraneutronul va fi aproximativ la fel de stabil ca neutronul însuși. Apoi se descompune prin dezintegrare beta cu un timp de înjumătățire de 450 de secunde. „Pentru noi, aceasta este singura explicație fizică rezonabilă pentru toate valorile măsurate”, explică dr. Thomas Westermann.

Dr. Roman Gernhäuser, cercetător în cadrul Departamentului de Fizică de la Universitatea Tehnică din München (TUM), se află în camera țintă a acceleratorului tandem Van de Graaff din campusul Garching, unde ionii de litiu au accelerat cu aproximativ 12% viteza lumină, lovind ținta de litiu 7. Toate rezultatele măsurătorilor indică faptul că experimentele lor au produs carbonul-10 și tetraneutronul dorit. Credit: Ole Benz / TUM

Din măsurătorile lor, echipa a obținut o certitudine de peste 99,7 la sută, sau 3 sigma. Dar în fizică, existența particulei este luată în considerare în mod concludent doar odată ce este atinsă certitudinea de 5 sigma. Astfel, cercetătorii așteaptă acum cu nerăbdare confirmarea independentă.

Referință: „Indicatori pentru un tetragon de neutroni legați” de Thomas Westermann, Andreas Bergmayer, Roman Gernhauser, Dominic Kohl și Mahmoud Mahgoub, 26 noiembrie 2021 Disponibil aici. Literele de fizică B.
DOI: 10.1016 / j.physletb.2021.136799

Laboratorul Mayer-Leibnitz, cu acceleratorul său tandem Van de Graaf, este operat în comun de Universitatea Tehnică din München și Universitatea Ludwig Maximilian din München. Unitatea s-a închis din motive structurale la începutul anului 2020. Toți cei cinci autori ai publicației sunt absolvenți sau angajați ai Universității Tehnice din München.