Тетранейтрон

Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти 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[fr] (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[править | править код]

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[en] 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[править | править код]

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]

Эксперименты в RIKEN[править | править код]

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].

См. также[править | править код]

Примечания[править | править код]

  1. Cierjacks, S.; et al. (January 1965). «Further Evidence for the Nonexistence of Particle-Stable Tetraneutrons». Physical Review 137 (2B): pp. 345—346. DOI:10.1103/PhysRev.137.B345.
  2. 1 2 Marqués, F. M.; et al. (April 2002). «Detection of neutron clusters». Physical Review C 65 (4). DOI:10.1103/PhysRevC.65.044006.
  3. Sherrill, B. M.; C. A. Bertulani (February 2004). «Proton-tetraneutron elastic scattering». Physical Review C 69 (2). DOI:10.1103/PhysRevC.69.027601.
  4. Aleksandrov, D. V.; et al. (2005). «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
    ». JETP Letters 81 (2): 43–46. DOI:10.1134/1.1887912.
  5. Bertulani, C. A.; V. G. Zelevinsky (2003). «Tetraneutron as a dineutron-dineutron molecule». J. Phys. G 29: 2431–2437. DOI:10.1088/0954-3899/29/10/309. arXiv:nucl-th/0212060.
  6. Lazauskas, Rimantas; Jaume Carbonell (2005). «Three-neutron resonance trajectories for realistic interaction models». Physical Review C 71. DOI:10.1103/PhysRevC.71.044004. arXiv:nucl-th/0502037v2.
  7. Arai, Koji (2003). «Resonance states of 5
    H
    and 5
    Be
    in a microscopic three-cluster model
    ». Physical Review C 68 (3). DOI:10.1103/PhysRevC.68.034303.
  8. Hemmdan, A.; W. Glöckle; H. Kamada (2002). «Indications for the nonexistence of three-neutron resonances near the physical region». Physical Review C 66 (3). DOI:10.1103/PhysRevC.66.054001. arXiv:nucl-th/0208007.
  9. Pieper, Steven C. (2003). «Can Modern Nuclear Hamiltonians Tolerate a Bound Tetraneutron?». Physical Review Letters 90 (25). DOI:10.1103/PhysRevLett.90.252501. arXiv:nucl-th/0302048.
  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? // Physics. — 2016. — 3 февраля.
  12. Японцы открыли тетранейтрон. Lenta.ru (04.02.2016).
  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.
  14. Physicist demonstrate existence of ‘unlikely’ new subatomic structure // Science Daily