Pochopení jaderné energie může vyžadovat zásadní změnu

Čtyř-neutronový experiment našel důkazy o dlouho hledané částici sestávající ze čtyř neutronů.

Zatímco všechna atomová jádra kromě vodíku jsou tvořena protony a neutrony, fyzici hledali částici složenou z jednoho, tří nebo čtyř neutronů více než půl století. Experimenty provedené týmem fyziků z Technické univerzity v Mnichově (TUM) v laboratoři urychlovače ve výzkumném kampusu Garching naznačují, že může být přítomna částice se čtyřmi vázanými neutrony.

Zatímco se jaderní fyzici shodují, že ve vesmíru neexistují žádné systémy tvořené pouze protony, pátrají po částicích složených z jednoho, tří nebo čtyř neutronů již více než 50 let.

Na tandemovém urychlovači Van de Graaff v laboratoři Maier-Leibnitz v Garching Research Campus bombardoval tým fyziků z Technické univerzity v Mnichově (TUM) terč lithium-7 atomovým jádrem lithium-7, které bylo urychleno na 12 procent rychlosti světla. Všechny výsledky měření naznačují, že jejich experimenty produkovaly požadovaný uhlík-10 a tetraneutron. Kredit: Sonja Battenberg / TUM

Pokud taková částice existuje, musí být části teorie silné interakce přehodnoceny. Podrobnější studium těchto částic nám navíc může pomoci lépe porozumět vlastnostem neutronových hvězd.

„Silná interakce je doslova síla, která drží svět v jeho jádru. Atomy těžší než vodík by bez ní byly nepředstavitelné,“ říká Dr. Thomas Westermann, který experimenty řídil.

Vše nyní ukazuje na skutečnost, že právě tyto typy částic byly vytvořeny v jednom z nedávných experimentů provedených na dnes již neexistujícím van de Graafově tandemovém urychlovači částic ve výzkumném kampusu v Garchingu.

Na tandemovém urychlovači Van de Graaff v laboratoři Maier-Leibnitz ve výzkumném kampusu v Garchingu bombardoval tým fyziků z Technické univerzity v Mnichově (TUM) cíl lithium-7 atomovým jádrem lithium-7, přičemž zrychlil na 12 procent. rychlost světla. Všechny výsledky měření naznačují, že jejich experimenty produkovaly požadovaný uhlík-10 a tetraneutron. Kredit: Thomas Faestermann / TUM

Dlouhé hledání tetraneutronu

Před dvaceti lety zveřejnila francouzská výzkumná skupina měření, která interpretovala jako signaturu požadovaného tetraneutronu. Následná práce jiných skupin však ukázala, že použitá metodika nedokázala existenci tetraneutronu prokázat.

V roce 2016 se skupina v Japonsku pokusila vyrobit tetraneutron z helia-4 bombardováním paprskem radioaktivních částic helia-8. Tato reakce by měla produkovat beryllium-8. Ve skutečnosti byli schopni detekovat čtyři takové atomy. Z výsledků měření vědci došli k závěru, že tetraneutron byl nekorelovaný a rychle se rozpadl zpět na čtyři neutrony.

Dr. Thomas Westermann ve vstupním poklopu tandemového urychlovače Van de Graaff na výzkumném kampusu v Garchingu. Zde více než deset milionů voltů urychlilo ionty lithia na asi 12 procent rychlosti světla. Westermann a jeho tým bombardovali cíle lithium-7 těmito ionty lithia. Všechny výsledky měření naznačují, že jejich experimenty produkovaly požadovaný uhlík-10 a tetraneutron. Kredit: Ole Benz / TUM

Ve svých experimentech Westermann a jeho tým bombardovali cíl lithium-7 částicemi lithium-7 urychlujícími asi 12 procent rychlosti světla. Kromě tetraneutronu by měl produkovat uhlík 10. Fyzikům se skutečně podařilo tento druh objevit. Opakování potvrdilo výsledek.

nepřímý důkaz

Výsledky měření týmu odpovídaly očekávanému podpisu uhlíku 10 v jeho prvním excitovaném stavu a vázaného tetraneutronu 0,42 megaelektronvoltu (MeV). Podle měření bude tetraneutron přibližně stejně stabilní jako samotný neutron. Poté se rozpadá beta rozpadem s poločasem rozpadu 450 sekund. „Pro nás je to jediné rozumné fyzikální vysvětlení naměřených hodnot ve všech ohledech,“ vysvětluje Dr. Thomas Westermann.

Dr. Roman Gernhäuser, výzkumník na katedře fyziky Technické univerzity v Mnichově (TUM), je v cílové místnosti tandemového urychlovače Van de Graaff v kampusu Garching, kde ionty lithia zrychlily na přibližně 12 procent rychlosti. světlo, zasáhlo cíl lithium 7. Všechny výsledky měření naznačují, že jejich experimenty produkovaly požadovaný uhlík-10 a tetraneutron. Kredit: Ole Benz / TUM

Z jejich měření tým dosáhl jistoty přes 99,7 procenta, tedy 3 sigma. Ale ve fyzice je existence částice považována za nezvratně, jakmile je dosaženo jistoty 5 sigma. Vědci tak nyní netrpělivě očekávají nezávislé potvrzení.

Reference: „Indicators for a Linked Quaternary Neutron“ od Thomas Westermann, Andreas Bergmayer, Roman Gernhauser, Dominic Kohl a Mahmoud Mahgoub, 26. listopadu 2021 Dostupné zde. Písmena z fyziky B.
DOI: 10.1016 / j.physletb.2021.136799

Laboratoř Mayer-Leibnitz se svým tandemovým urychlovačem Van de Graaf provozují společně Technická univerzita v Mnichově a Univerzita Ludwiga Maximiliana v Mnichově. Zařízení bylo ze strukturálních důvodů uzavřeno na začátku roku 2020. Všech pět autorů publikace jsou absolventi nebo zaměstnanci Technické univerzity v Mnichově.