Тетранейтрон

Перейти к навигацииПерейти к поиску

Тетранейтро́н — гипотетическая стабильная (или относительно долгоживущая) частица, состоящая из четырёх нейтронов. Согласно общепринятым на начало XXI века теориям ядерной физики, вероятность существования такой частицы ничтожна[1]; с другой стороны, существуют экспериментальные данные (хотя и не вполне подтверждённые), которые могут служить указанием на существование тетранейтрона — эксперимент Франсиско-Мигеля Маркеса и его коллег на Большом национальном ускорителе тяжелых ионов[фр.] (фр. Grand accélérateur national d’ions lourds — GANIL) в Кане в 2001 году, в котором использовался новый метод обнаружения распада ядер бериллия и лития[2]. Попытки других учёных повторить результат Маркеса окончились безуспешно, но в 2016 году указания на существование тетранейтрона были получены другой группой исследователей в ходе экспериментов по другой методике➤.

Эксперимент Маркеса

Как и во многих экспериментах на ускорителях частиц, команда Маркеса ускоряла пучки атомных ядер в сторону стационарной мишени и исследовала «осколки», появившиеся в результате столкновения. В данном эксперименте, радиоактивные ядра бериллия-14, бериллия-15 и лития-11 ускорялись и сталкивались с углеродной мишенью. Наилучших результатов удалось достичь с бериллием-14. Гало[англ.] этого изотопа бериллия состоит из группы четырёх нейтронов, которая легко отделяется от ядра бериллия при столкновении с ядром углерода. Команда Маркеса разработала новую и оригинальную методику обнаружения связанных групп нейтронов[2].

Современные модели ядра предполагают, что при столкновении бериллия-14 и углерода должно образоваться ядро бериллия-10 и четыре свободных нейтрона, но сигнал, полученный при столкновении, скорее означал наличие ядра бериллия-10 и группы из нескольких связанных нейтронов — вероятно, четырёх, то есть тетранейтрона.

Последующие эксперименты и расчёты

Проведённый впоследствии анализ метода обнаружения, использованного Маркесом, показал, что по крайней мере часть его анализа полученных наблюдений была некорректна[3]. При попытках воспроизвести эти наблюдения различными другими методами ни разу не удалось обнаружить какие-либо связанные группы нейтронов[4].

Если в будущем удастся экспериментально подтвердить существование стабильных тетранейтронов, то потребуется пересмотреть существующие модели атомного ядра. Бертулани и Зелевинский[5] попытались построить модель тетранейтрона как молекулы, состоящей из двух динейтронов, но пришли к выводу, что это невозможно. Неудачными оказались и другие попытки найти взаимодействия, которые могли бы способствовать образованию многонейтронных групп[6][7][8].

Не выглядит возможным изменить современные ядерные гамильтонианы так, чтобы связать тетранейтрон, не уничтожив многочисленные другие удачные прогнозы этих гамильтонианов. Это значит, что если будут подтверждены недавние утверждения об экспериментальных данных о связанном тетранейтроне, то в наше понимание ядерных сил придётся внести значительные изменения.

— С. Пипер [9]

В 2016 году физики из японского Института физико-химических исследований (RIKEN) сделали заявление о наличии кандидата в тетранейтроны. Энергия частицы по расчётам примерно равна 0,83 МэВ. Резонанс обнаруживается в ходе наблюдений за продуктами распада высокоэнергичного изотопа гелия-8[10][11][12].

В том же 2016 году группа теоретиков из России (НИИЯФ МГУ, ТОГУ), США (Университет штата Айова, Ливерморская национальная лаборатория) и Германии (Дармштадтский технический университет) путём численного моделирования продемонстрировала существование резонанса в системе четырёх нейтронов, соответствующего обнаруженной частице. Энергия резонанса составила 0,8 МэВ, а его ширина — 1,4 МэВ. Время жизни частицы было оценено в 5⋅10−22 с[13][14].

В 2021 году группа из Мюнхенского технического университета сталкивая атомы лития-7 обнаружила предварительные признаки существования связанного состояния четырех нейтронов с расчетным временем жизни в несколько минут, аналогичным времени жизни свободного нейтрона[15][16].

В 2022 года, снова в RIKEN, направил пучок атомов гелия-8 в мишень, богатую протонами, что вызвало выброс α-частицы в противоположном направлении и оставило четыре нейтрона в движущейся системе отсчета. Недостающая энергия использовалась для получения сигнатуры четырехнейтронной системы с временем жизни около 3,8 ×10−22 с[17][18][19][20] .

См. также

Примечания

  1. ↑ Cierjacks, S.; et al. Further Evidence for the Nonexistence of Particle-Stable Tetraneutrons (англ.) // Physical Review : journal. — 1965. — January (vol. 137, no. 2B). — P. 345—346. — doi:10.1103/PhysRev.137.B345.
  2. ↑ 1 2 Marqués, F. M.; et al. Detection of neutron clusters (англ.) // Physical Review C : journal. — 2002. — April (vol. 65, no. 4 <!——044006——>). — doi:10.1103/PhysRevC.65.044006.
  3. ↑ Sherrill, B. M.; C. A. Bertulani. Proton-tetraneutron elastic scattering (англ.) // Physical Review C : journal. — 2004. — February (vol. 69, no. 2 <!——027601——>). — doi:10.1103/PhysRevC.69.027601.
  4. ↑ Aleksandrov, D. V.; et al. Search for Resonances in the Three- and Four-Neutron Systems in the 7
    Li    (7
    Li    ,11
    C    )3n and 7
    Li    (7
    Li    ,10
    C    )4n Reactions     (англ.) // JETP Letters : journal. — 2005. — Vol. 81, no. 2. — P. 43—46. — doi:10.1134/1.1887912.     (недоступная ссылка)
  5. ↑ Bertulani, C. A.; V. G. Zelevinsky. Tetraneutron as a dineutron-dineutron molecule (англ.) // J. Phys. G[англ.] : journal. — 2003. — Vol. 29. — P. 2431—2437. — doi:10.1088/0954-3899/29/10/309.
  6. ↑ Lazauskas, Rimantas; Jaume Carbonell. Three-neutron resonance trajectories for realistic interaction models (англ.) // Physical Review C : journal. — 2005. — Vol. 71. — doi:10.1103/PhysRevC.71.044004.
  7. ↑ Arai, Koji. Resonance states of 5
    H     and 5
    Be     in a microscopic three-cluster model     (англ.) // Physical Review C : journal. — 2003. — Vol. 68, no. 3 <!—— 034303 ——>. — doi:10.1103/PhysRevC.68.034303.
  8. ↑ Hemmdan, A.; W. Glöckle; H. Kamada. Indications for the nonexistence of three-neutron resonances near the physical region (англ.) // Physical Review C : journal. — 2002. — Vol. 66, no. 3. — doi:10.1103/PhysRevC.66.054001.
  9. ↑ Pieper, Steven C. Can Modern Nuclear Hamiltonians Tolerate a Bound Tetraneutron? (англ.) // Physical Review Letters : journal. — 2003. — Vol. 90, no. 25 <!—— 252501 ——>. — doi:10.1103/PhysRevLett.90.252501.
  10. ↑ Kisamori K. et al. Candidate Resonant Tetraneutron State Populated by the 4
    He    (8
    He    ,8
    Be    ) Reaction     : [англ.] : [арх. 26 февраля 2016] // Phys. Rev. Lett. : журнал. — 2016. — Vol. 116, no. 5 (3 February). — ISSN 0031-9007. — doi:10.1103/PhysRevLett.116.052501.
  11. ↑ Orr N. Viewpoint: Can Four Neutrons Tango? : [арх. 4 марта 2022] // Physics. — 2016. — 3 февраль.
  12. ↑ Японцы открыли тетранейтрон. Lenta.ru (4 февраля 2016). Дата обращения: 4 февраля 2016. Архивировано 5 февраля 2016 года.
  13. ↑ A. M. Shirokov et al. Prediction for a Four-Neutron Resonance (англ.) // Phys. Rev. Lett. — 2016. — Vol. 117. — P. 182502. — doi:10.1103/PhysRevLett.117.182502. — arXiv:1607.05631. Архивировано 29 января 2017 года.
  14. ↑ Physicist demonstrate existence of ‘unlikely’ new subatomic structure Архивная копия от 7 ноября 2016 на Wayback Machine // Science Daily
  15. ↑ Tetra-Neutron Experiment: Understanding of Nuclear Forces Might Have To Be Significantly Changed. SciTech Daily (12 декабря 2021). Дата обращения: 13 декабря 2021. Архивировано 13 декабря 2021 года.
  16. ↑ Faestermann, Thomas; Bergmaier, Andreas; Gernhäuser, Roman; Koll, Dominik; Mahgoub, Mahmoud (January 2022). "Indications for a bound tetraneutron". Physics Letters B. 824: 136799. doi:10.1016/j.physletb.2021.136799. ISSN 0370-2693. S2CID 244694975.
  17. ↑ "Physicists may have finally spotted elusive clusters of four neutrons". ScienceNews. 2022-06-22. Архивировано 6 июля 2022. Дата обращения: 26 июня 2022. {{cite news}}: Указан более чем один параметр |accessdate= and |access-date= ()
  18. ↑ Sobotka, Lee G.; Piarulli, Maria (June 2022). "Collisions hint that four neutrons form a transient isolated entity". Nature (англ.). 606 (7915): 656—657. doi:10.1038/d41586-022-01634-x. Архивировано 4 июля 2022. Дата обращения: 6 июля 2022.
  19. ↑ Duer, M.; et al. (2022). "Observation of a correlated free four-neutron system". Nature. 606 (7915): 678—682. doi:10.1038/s41586-022-04827-6. S2CID 249955224.
  20. ↑ Алексей Понятов Десять значимых событий 2022 года в астрономии и физике 9. Существование тетранейтрона подтверждено Архивная копия от 12 февраля 2023 на Wayback Machine // Наука и жизнь, 2023, № 2. — с. 35 - 37