Вже 50 років науковці сперечаються, чи частинки, котрі складаються з чотирьох нейтронів, взагалі можуть існувати, – і, можливо, зараз фізики виявили цей тетранейтрон. Докази цього надали зіткнення ізотопів літію-7, у процесі чого з’являвся незвичний “пік” на схемі вимірювання. Він і видав тетранейтрон. Разом з даними двох інших експериментів, це свідчить про вірогідність існування “неможливої” частинки.
Зображення: Podbregar/ scinexx.
Нейтрони разом з позитивно зарядженими протонами становлять основу всієї матерії – з них складаються ядра атомів. Обидва основні компоненти втримує разом сильна ядерна енергія, вони також можуть перетворюватися одне на одного. Так нейтрони, котрі вивільняють радіоактивні елементи, через майже 15 хвилин розпадаються на протони. Натомість за екстремальних умов всередині нейтронної зорі протони перетворюються на нейтрони.
Однак вже понад 50 років сперечаються, чи існують частинки, котрі складалися б лише з нейтронів. Теоретично, вони не можуть бути стабільними, оскільки це б суперечило прийнятій моделі сильної ядерної енергії та принципу Паулі, згідно з котрим ферміони не можуть міститися на однаковому місці в однаковому стані. З іншого боку, існування нейтронних зір доводить, що мало б існувати багато об’єктів, тісно напакованих нейтронами.
Томас Фестерман (Thomas Faestermann) з Мюнхенського технічного університету та його колеги зараз спробували створити та виявити ці суперечливі тетранейтрони експериментально. Для цього науковці спрямували промінь сильно пришвидшених атомних ядер літію на ціль з оксиду літію та вуглецю. Хитрість полягала в тому, що в обох випадках атомне ядро містило ізотоп літію-7, що складається з трьох протонів і чотирьох нейтронів.
Схема ядерної реакції: літію-7 до вуглецю-10 і тетранейтрона. Зображення: Mahmoud Mahgoub / TUM.
“Літій-7 – це найближче до тетранейтрону стабільне атомне ядро”, – пояснили науковці. Аби з нього створити частинку з чотирьох нейтронів, треба літій-7 позбавити трьох протонів. Саме це повинна була зробити колізія в тандемному прискорювачі Ван ден Граафа, що в Мюнхенському технічному університеті. Якщо тетранейтрони існують, то при обстрілі цілі мали б виникати вуглець-10 і тетранейтрон.
І справді в енергії та масі частинок, що виникли в результаті зіткнення, фізики виявили незвичну схему. Вона проявилася у формі “пагорбів” кривої на 20,8 мегаелектронвольтах. Детальніший аналіз засвідчив: цей пік неможливо пояснити жодною з відомих частинок, але виникненням тетранейтронів та ізотопу вуглецю-10 – цілком.
“Це для нас єдине в усіх пунктах вірогідне фізичне пояснення виявленої величини”, – пояснив Фестерман. Згідно з вимірюваннями, тетранейтрон має енергію зв’язування 0,42 мегаелектронвольта, що добре узгоджується з теоретичними передбаченнями. Така частинка з чотирьох нейтронів залишається стабільною впродовж приблизно 450 секунд, перш ніж в бета-розпаді перетворюється на протони й інші елементарні частинки.
Поки відхилення в результатах становить 99,7 %, або три сигми, а цього не вистачає для офіційного відкриття – потрібно п’ять сигм. Тож вимірювання потрібно зробити ще точнішими з можливістю його детальної верифікації.
Проте це не перша вказівка на існування тетранейтронів. Близько 20 років тому французькі фізики довели існування частинок з чотирма нейтронами, коли освітлювали вуглець ядрами берилію-14. Але тоді не вдалося довести, що ці нейтрони були одне з одним пов’язані.
2016 року японський експеримент також надав докази існування тетранейтронів. При цьому науковці спостерігали за зіткненням ядер гелію-4 та гелію-8. У даних вимірювання крихітна пауза, що тривала лише кілька трильйонних часток секунди, вказувала на те, що вивільнилися чотири пов’язані, а не окремі нейтрони.
З врахуванням уже наявних результатів, експеримент Мюнхенського університету підсилює припущення, що тетранейтрони, за якими довго полюють, насправді існують.
Nadja Podbregar
Neue Hinweise auf das Tetraneutron
Technische Universität München, 13/12/2021
Зреферувала С.К.
19.12.2021