Ett forskargrupp vid Lomonosov Moscow State University, använder ny interaktion mellan neutroner, har teoretiskt motiverat lågenergi-tertaneutronresonansen som nyligen erhölls experimentellt. Detta bevisar den mycket korta existensen av en partikel som består av fyra neutroner. Enligt superdator simuleringar, tetraneutrons livslängd är 5 × 10 ^-22 sek. Forskningsresultaten publiceras i en topprankad tidskrift Fysiska granskningsbrev .

Ett team bestående av ryska, Tyska och amerikanska forskare, inklusive Andrey Shirokov, senior forskare vid Skobeltsyn Institute of Nuclear Physics, har beräknat energin för det resonanta tetraneutrontillståndet. Deras teoretiska beräkningar, baserat på ett nytt tillvägagångssätt och ny interaktion mellan neutroner, korrelera med resultaten från ett experiment där en tetraneutron producerades.

Söker neutronstabilitet

En neutron lever cirka 15 minuter innan den förfaller, producerar en proton, elektron och en antineutrino. Det finns också ett annat känt stabilt system som består av ett stort antal neutroner - neutronstjärnor. Forskare har tagit sikte på att ta reda på om det finns andra system, även kortlivad, består enbart av neutroner.

Ett system som består av två neutroner bildar inte ens ett kortlivat tillstånd. Efter fleråriga experimentella och grundläggande studier, forskare drog slutsatsen att det inte finns sådana tillstånd i ett system som består av tre neutroner. Söker efter en tetraneutron, ett kluster av fyra neutroner, har pågått i mer än 50 år. Dessa sökningar var fruktlösa fram till 2002, när en grupp franska forskare i ett experiment på Large Heavy Ion National Accelerator i Caen hittade sex händelser som kan tolkas som tetraneutronproduktion. Dock, reproduktionen av detta experiment misslyckades, och vissa forskare tror att åtminstone en del av den ursprungliga dataanalysen var felaktig.

En ny fas av tetraneutronsökningarna ägde rum vid den radioaktiva jonstrålefabriken i RIKEN -institutet, Japan, som driver en högkvalitativ stråle av ⁸ Han kärnor. De ⁸ Kärnan består av en α-partikel ( ⁴ Han kärnor) och fyra neutroner. Några forskargrupper hade föreslagit tetraneutronsökningar i RIKEN. I det första av dessa experiment, de ⁸ Han kärnor bombarderade ⁴ Han riktar in sig. Till följd av kollisionen, a-partikeln slogs från ⁸ Han, lämnar efter sig systemet med fyra neutroner. Fyra händelser tolkade som det kortlivade tetraneutronresonansläget har detekterats. Detta experiment rapporterades i början av 2016, och fortsätter.

Hur länge kan en tetraneutron finnas?

Forskarna från Lomonosov Moskva State University publicerade i sin artikel om teoretiska utvärderingar av tetraneutronresonant tillståndsenergi och dess livstid. De bidrog till förberedelsen av en av de föreslagna experimentella sökningarna efter tetraneutronen när en grupp experimentister från Tyskland bad om hjälp.

Andrey Shirokov, den första författaren till artikeln, säger:"Vi gjorde sådana utvärderingar i olika modeller, och de erhållna resultaten användes för att stödja experimentet. Efteråt, vi utarbetade noggrant det teoretiska tillvägagångssättet och utförde många simuleringar på superdatorer. Resultaten har publicerats i vårt papper i Fysiska granskningsbrev . "

De teoretiska resultaten för energin av tetraneutronresonans på 0,84 MeV korrelerar väl med det japanska experimentella fyndet på 0,83 MeV, vilket är, dock, kännetecknas av en stor osäkerhet (ca ± 2 MeV). Den beräknade bredden för det resonanta tetraneutrontillståndet är 1,4 MeV, vilket motsvarar livslängden på cirka 5 × 10 ^-22 sek.

Shirokov säger, "Det är värt att notera att ingen av de tidigare teoretiska artiklarna har förutsagt förekomsten av det resonanta tetraneutrontillståndet vid så låga energier på cirka 1 MeV."

Det nya resultatet härstammar troligen från en ny teoretisk metod för studier av resonanta tillstånd i kärnkraftssystem som utvecklats av forskarna. Denna metod har noggrant testats på modellproblem och i mindre komplicerade system, och tillämpades först därefter på tetraneutronstudierna som redogjorde för detaljerna i detta system med fyra partiklar.

Shirokov, dock, indikerar en alternativ möjlighet:"En annan möjlig anledning är det faktum att vi har använt en ny interaktion mellan neutroner som utarbetats av vårt team. Våra tetraneutronstudier kommer att fortsätta, Vi kommer att utföra simuleringar med andra mer traditionella interaktioner. På samma gång, våra franska kollegor kommer att studera tetraneutronen med vår interaktion inom deras tillvägagångssätt. Självklart, vi alla ser fram emot resultatet av nya experimentella tetraneutronsökningar. "