Η κατανόηση των πυρηνικών δυνάμεων μπορεί να χρειαστεί να αλλάξει σημαντικά

Το πείραμα τετρα-νετρονίων βρίσκει στοιχεία ενός περιζήτητου σωματιδίου που περιλαμβάνει τέσσερα νετρόνια.

Ενώ όλοι οι ατομικοί πυρήνες εκτός από το υδρογόνο αποτελούνται από πρωτόνια και νετρόνια, οι φυσικοί έχουν αναζητήσει ένα σωματίδιο που αποτελείται από δύο, τρία ή τέσσερα νετρόνια για περισσότερο από μισό αιώνα. Πειράματα από μια ομάδα φυσικών από το Τεχνικό Πανεπιστήμιο του Μονάχου (TUM) στο εργαστήριο επιταχυντών στην ερευνητική πανεπιστημιούπολη Garching δείχνουν τώρα ότι ένα σωματίδιο με τέσσερα δεσμευμένα νετρόνια μπορεί κάλλιστα να υπάρχει.

Ενώ οι πυρηνικοί φυσικοί συμφωνούν ότι δεν υπάρχουν συστήματα στο σύμπαν κατασκευασμένα εξ ολοκλήρου από πρωτόνια, αναζητούν σωματίδια που αποτελούνται από δύο, τρία ή τέσσερα νετρόνια για περισσότερα από 50 χρόνια.

Εκτύπωση τετρανετρονίων

Στον διαδοχικό επιταχυντή Van de Graaff στο εργαστήριο Maier-Leibnitz στην ερευνητική πανεπιστημιούπολη Garching, μια ομάδα φυσικών από το Τεχνικό Πανεπιστήμιο του Μονάχου (TUM) βομβάρδισε έναν στόχο λιθίου-7 με ατομικούς πυρήνες λιθίου-7 που έχουν επιταχυνθεί σε 12% της ταχύτητας του φωτός. Όλα τα αποτελέσματα των μετρήσεων δείχνουν ότι τα πειράματά τους παρήγαγαν άνθρακα 10 και το επιθυμητό τετρανετρόνιο. Πίστωση: Sonja Battenberg / TUM

Εάν υπήρχε ένα τέτοιο σωματίδιο, μέρη της θεωρίας της ισχυρής αλληλεπίδρασης θα έπρεπε να επανεξεταστούν. Επιπλέον, περαιτέρω μελέτη αυτών των σωματιδίων θα μπορούσε να μας βοηθήσει να κατανοήσουμε καλύτερα τις ιδιότητες των άστρων νετρονίων.

«Η ισχυρή αλληλεπίδραση είναι κυριολεκτικά η δύναμη που κρατά τον κόσμο ενωμένο στον πυρήνα του. Άτομα βαρύτερα από το υδρογόνο θα ήταν αδιανόητα χωρίς αυτό», λέει ο Δρ Thomas Faestermann, ο οποίος ηγήθηκε των πειραμάτων.

Όλα δείχνουν τώρα ότι αυτός ο τύπος σωματιδίου δημιουργήθηκε ακριβώς σε ένα από τα τελευταία πειράματα που πραγματοποιήθηκαν στον πλέον παροπλισμένο επιταχυντή σωματιδίων Van de Graaff στην ερευνητική πανεπιστημιούπολη Garching.

Πυρηνική αντίδραση τετρα-νετρονίων

Στον διαδοχικό επιταχυντή Van de Graaff στο εργαστήριο Maier-Leibnitz στην ερευνητική πανεπιστημιούπολη Garching, μια ομάδα φυσικών από το Τεχνικό Πανεπιστήμιο του Μονάχου (TUM) βομβάρδισε έναν στόχο λιθίου-7 με ατομικούς πυρήνες λιθίου-7, επιταχύνοντας στο 12 τοις εκατό του την ταχύτητα του φωτός. Όλα τα αποτελέσματα των μετρήσεων δείχνουν ότι τα πειράματά τους παρήγαγαν άνθρακα 10 και το επιθυμητό τετρανετρόνιο. Συντελεστής: Thomas Faestermann / TUM

Η μακρά αναζήτηση για το τετρα-νετρόνιο

Πριν από είκοσι χρόνια, μια γαλλική ερευνητική ομάδα δημοσίευσε μετρήσεις που ερμήνευσε ως την υπογραφή του περιζήτητου τετρανετρονίου. Ωστόσο, μεταγενέστερη εργασία από άλλες ομάδες έδειξε ότι η μεθοδολογία που χρησιμοποιήθηκε δεν μπορούσε να αποδείξει την ύπαρξη τετρα-νετρονίου.

READ  Θα σταματήσει να περιστρέφεται η γη; Υπάρχει αλλαγή ταχύτητας;

Το 2016, μια ιαπωνική ομάδα επιχείρησε να παράγει τετρα-νετρόνια από ήλιο-4 βομβαρδίζοντάς το με μια δέσμη ραδιενεργών σωματιδίων ήλιου-8. Αυτή η αντίδραση θα πρέπει να παράγει βηρύλλιο-8. Στην πραγματικότητα, κατάφεραν να ανιχνεύσουν τέσσερα από αυτά τα άτομα. Από τα αποτελέσματα των μετρήσεών τους, οι ερευνητές κατέληξαν στο συμπέρασμα ότι το τετρα-νετρόνιο ήταν αδέσμευτο και γρήγορα διασπάστηκε σε τέσσερα νετρόνια.

Thomas Faestermann

Ο Δρ Thomas Faestermann στην καταπακτή πρόσβασης του διαδοχικού επιταχυντή Van de Graaff στην ερευνητική πανεπιστημιούπολη Garching. Εδώ, πάνω από δέκα εκατομμύρια βολτ επιτάχυναν ιόντα λιθίου στο 12% περίπου της ταχύτητας του φωτός. Ο Faestermann και η ομάδα του βομβάρδισαν έναν στόχο λιθίου-7 με αυτά τα ιόντα λιθίου. Όλα τα αποτελέσματα των μετρήσεων δείχνουν ότι τα πειράματά τους παρήγαγαν άνθρακα 10 και το επιθυμητό τετρανετρόνιο. Πίστωση: Uli Benz / TUM

Στα πειράματά τους, ο Faestermann και η ομάδα του βομβάρδισαν έναν στόχο λιθίου-7 με σωματίδια λιθίου-7 που επιταχύνθηκαν περίπου στο 12% της ταχύτητας του φωτός. Εκτός από το τετρα-νετρόνιο, αυτό θα πρέπει να παράγει άνθρακα-10. Και πράγματι, οι φυσικοί έχουν εντοπίσει με επιτυχία αυτό το είδος. Μια επανάληψη επιβεβαίωσε το αποτέλεσμα.

Περιστασιακά στοιχεία

Τα αποτελέσματα των μετρήσεων της ομάδας ταίριαζαν με την αναμενόμενη υπογραφή του άνθρακα 10 στην πρώτη του διεγερμένη κατάσταση και ενός τετρα-νετρονίου δεσμευμένου 0,42 megaelectrovolt (MeV). Σύμφωνα με τις μετρήσεις, το τετρα-νετρόνιο θα ήταν περίπου τόσο σταθερό όσο το ίδιο το νετρόνιο. Στη συνέχεια θα αποσυντεθεί με βήτα διάσπαση με χρόνο ημιζωής 450 δευτερολέπτων. «Για εμάς, αυτή είναι η μόνη φυσική εύλογη εξήγηση για τις μετρούμενες τιμές από κάθε άποψη», εξηγεί ο Δρ Thomas Faestermann.

Ρομάν Γκερνχάουζερ

Ο Δρ Roman Gernhäuser, ερευνητής στο Τμήμα Φυσικής του Τεχνικού Πανεπιστημίου του Μονάχου (TUM), στον θάλαμο στόχο του διαδοχικού επιταχυντή Van de Graaff στην ερευνητική πανεπιστημιούπολη Garching, όπου τα ιόντα λιθίου επιταχύνθηκαν περίπου στο 12% της ταχύτητας του φωτός, χτύπησαν στόχος λιθίου-7. Όλα τα αποτελέσματα των μετρήσεων δείχνουν ότι τα πειράματά τους παρήγαγαν άνθρακα 10 και το επιθυμητό τετρανετρόνιο. Πίστωση: Uli Benz / TUM

Με τις μετρήσεις τους, η ομάδα πέτυχε μια βεβαιότητα πολύ πάνω από 99,7%, ή 3 σίγμα. Αλλά στη φυσική, η ύπαρξη ενός σωματιδίου θεωρείται οριστικά αποδεδειγμένη μόνο όταν επιτευχθεί μια βεβαιότητα 5 σίγμα. Έτσι οι ερευνητές περιμένουν τώρα με ανυπομονησία ανεξάρτητη επιβεβαίωση.

READ  Οι αστροναύτες του SpaceX Inspiration4 αποκαλύπτουν τον «θόλο» του Dragon in the Flesh

Αναφορά: «Ενδείξεις για ένα δεσμευμένο τετρανετρόνιο» των Thomas Faestermann, Andreas Bergmaier, Roman Gernhäuser, Dominik Koll και Mahmoud Mahgoub, 26 Νοεμβρίου 2021, Γράμματα Φυσικής Β.
DOI: 10.1016 / j.physletb.2021.136799

Το εργαστήριο Maier-Leibnitz, με τον επιταχυντή Van de Graaf, λειτουργούσε από κοινού από το Τεχνικό Πανεπιστήμιο του Μονάχου και το Πανεπιστήμιο Ludwig Maximillian του Μονάχου. Η εγκατάσταση έκλεισε για δομικούς λόγους στις αρχές του 2020. Οι πέντε συγγραφείς της έκδοσης είναι όλοι απόφοιτοι ή υπάλληλοι του Τεχνικού Πανεπιστημίου του Μονάχου.

Αφήστε μια απάντηση

Η ηλ. διεύθυνση σας δεν δημοσιεύεται. Τα υποχρεωτικά πεδία σημειώνονται με *