Forskare från Iowa State University har hjälpt till att påvisa förekomsten av en subatomär struktur som en gång trodde att det inte fanns.

James Vary, professor i fysik och astronomi, och Andrey Shirokov, en gästforskare, tillsammans med ett internationellt team, använde sofistikerade superdatorsimuleringar för att visa den kvasistabila existensen av en tetraneutron, en struktur som består av fyra neutroner (subatomära partiklar utan laddning).

Det nya fyndet publicerades i Fysiska granskningsbrev , en publikation från American Physical Society, den 28 oktober.

Själva, neutroner är mycket instabila och omvandlas till protoner - positivt laddade subatomära partiklar - efter tio minuter. Grupper om två eller tre neutroner bildar inte en stabil struktur, men de nya simuleringarna i denna forskning visar att fyra neutroner tillsammans kan bilda en resonans, en struktur stabil under en tid innan den förfaller.

För tetraneutron, denna livstid är bara 5 × 10^(-22) sekunder (en liten bråkdel av en miljarddels nanosekund). Även om den här tiden verkar väldigt kort, det är tillräckligt länge för att studera, och ger en ny väg för att utforska de starka krafterna mellan neutroner.

"Detta öppnar upp för en helt ny forskning, "Varierade." Att studera tetraneutronet hjälper oss att förstå interneutronstyrkor inklusive tidigare outforskade funktioner i de instabila tvåneutron- och treneutronsystemen. "

De avancerade simuleringarna som visar att tetraneutronet bekräftar det första observationsbeviset för tetraneutronen tidigare i år i ett experiment utfört vid RIKEN Radioactive Ion Beam Factory (RIBF), i Saitama, Japan. Tetraneutronstrukturen har eftersökts i 40 år med få bevis som stöder dess existens, tills nu. Egenskaperna som förutses av beräkningarna i simuleringarna överensstämde med de observerade egenskaperna från experimentet i Japan.

Forskningen i Japan använde en stråle av Helium-8, Helium med 4 extra neutroner, kolliderar med en vanlig Helium-4-atom. Kollisionen bryter upp Helium-8 till ett annat Helium-4 och en tetraneutron i dess korta resonansläge, före det, för, går sönder, bildar fyra ensamma neutroner.

"Vi vet att ytterligare experiment med toppmoderna anläggningar förbereds med målet att få exakta egenskaper hos tetraneutronen, "Vary sa." Vi tillhandahåller våra toppmoderna förutsägelser för att vägleda dessa experiment. "

Förekomsten av tetraneutron, en gång bekräftat och förfinat, kommer att lägga till en intressant ny post och lucka till diagrammet över nuklider, en graf som representerar alla kända kärnor och deras isotoper, eller kärnor med ett annat antal neutroner. Liknar det periodiska systemet, som organiserar grundämnenas kemiska beteende, nukliddiagrammet representerar elementens radioaktiva beteende och deras isotoper. Medan de flesta kärnor adderar eller subtraherar neutroner en i taget, denna forskning visar att en neutron i sig kommer att ha ett gap mellan en enda neutron och en tetraneutron.

Den enda andra kända neutronstrukturen är en neutronstjärna, små men täta stjärnor tros vara gjorda nästan helt av neutroner. Dessa stjärnor kan ha en radie på bara sju mil men har en massa som liknar vår sol. Neutronstjärnor har neutroner i storleksordningen 10^57. Ytterligare forskning kan undersöka om det finns andra antal neutroner som bildar en stabil resonans längs vägen för att nå storleken på en neutronstjärna.