Частица, состоящая только из нейтронов, фактически считается невозможной. Но теперь физики создали ансамбль из четырех нейтронов, который мог хотя бы приблизиться к такому состоянию. Потому что энергия этого тетранейтрона говорит о том, что эти нейтроны вступили в связь, подобную резонансу, как сообщает команда в «Nature». Их эксперимент дает самые четкие данные измерений для такой системы на сегодняшний день. Однако вопрос о том, насколько сильно нейтроны в тетранейтроне действительно взаимодействуют, остается предметом дискуссий.
В атомном ядре нейтроны вместе с протонами образуют основные строительные блоки материи. Но без своих положительно заряженных партнеров нейтроны нестабильны: изолированный нейтрон распадается менее чем за 15 минут. Частицы, состоящие только из нейтронов, до сих пор также считались физически невозможными - они противоречат современным моделям сильного ядерного взаимодействия и принципу запрета Паули. В соответствии с этим такие элементарные частицы не могут существовать в одном и том же состоянии в одном и том же месте.
Может ли существовать тетранейтрон?
Тем не менее физики уже почти 60 лет ищут такую «невозможную» частицу - тетранейтрон. Ведь, по крайней мере, по некоторым гипотезам, такая структура, состоящая из четырех слабосвязанных нейтронов, или, по крайней мере, из тех, что находятся в резонансе друг с другом, могла реально существовать. Если он будет найден, он может предоставить ценную информацию о сильном ядерном взаимодействии, а также о внутренней части нейтронных звезд. Потому что они состоят только из нейтронов.
Проблема, однако, состоит в том, что некоторые эксперименты фактически дали указания на возможное существование тетранейтронов. В них исследователи пытались создать мимолетный ансамбль за счет столкновений богатых нейтронами изотопов лития или гелия. Однако пока точность измерений недостаточна для четкой идентификации тетранейтрона.
Нейтронная оболочка вокруг ядра гелия
Теперь физики вокруг Мейталя Дьюера из Технического университета Дармштадта разработали новый метод выманивания тетранейтрона из заповедника - и испытали его в исследовательском центре RIKEN в Японии. Они бомбардировали протонную мишень пучком нейтронно-избыточного изотопа гелия 8He. Этот изотоп особенно хорош, потому что он имеет нормальное ядро гелия, состоящее из двух протонов и двух нейтронов (4He) в качестве центрального ядра, вокруг которого находятся четыре дополнительных нейтрона. устроен.
При столкновении с протоном внутреннее гелиевое ядро выбрасывается из этого ансамбля и с большой скоростью уносится прочь. Однако внешние четыре нейтрона остаются почти незатронутыми этим ударом. «Поскольку этим нейтронам не передается дополнительный импульс, они продолжают двигаться почти с той же скоростью», - объясняют физики. Это позволяет им взаимодействовать друг с другом и образовывать тетранейтрон.
Тетранейтрон в резонансоподобном состоянии
По энергии выброшенного ядра гелия и протона, также отброшенного при столкновении, физики смогли определить энергию четырех оставшихся нейтронов. Это, в свою очередь, позволило сделать выводы об их состоянии. Результат: «Мы наблюдали ярко выраженный, статистически высокозначимый пик с энергией 2,37 мегаэлектронвольт и шириной 1,75 мегаэлектронвольт», - пишут Дьюер и его коллеги.
Эти значения находятся в диапазоне, в котором теоретические модели также обнаруживают тетранейтрон, состоящий из слабосвязанных или резонирующих нейтронов. По мнению исследовательской группы, это говорит о том, что в эксперименте были созданы короткоживущие тетранейтроны. Согласно данным измерений, это мог быть четырехнейтронный ансамбль, находящийся в состоянии, близком к резонансному, как объясняют физики. Это очень близко к порогу резонансного тетранейтрона, который искали 60 лет.
…или все же нет?
Ли Соботка и Мария Пиарулл из Вашингтонского университета, с другой стороны, не совсем убеждены. «Эта работа позволила получить данные высокой статистической значимости, явно превосходящие предыдущую работу», - пишут они в сопроводительном комментарии. «Но мы не убеждены, что Дьюер и его коллеги таким образом продемонстрировали резонанс изолированной четырехнейтронной системы.«Это требует дальнейших теоретических и экспериментальных исследований.
На самом деле, Дьюер и его коллеги уже планируют такие эксперименты: «Сейчас мы планируем эксперимент следующего поколения на установке R3B в FAIR, с помощью которого можно будет напрямую измерить корреляции между четырьмя нейтронами. возможно будет», - говорит Дьюер. «Это позволит по-новому взглянуть на природу этой четырехнейтронной системы». FAIR расшифровывается как «Установка для исследования антипротонов и ионов» и представляет собой специальный ускоритель в Институте исследований тяжелых ионов в Дармштадте.