Obliczenia teoretyczne przewidziały teraz potwierdzony tetraneutron, dziwny stan materii

James Farey czekał na eksperymenty fizyki jądrowej, które potwierdzą prawdziwość „tetraneutronu”, który on i jego koledzy teoretyzowali, przewidzieli i po raz pierwszy ogłosili podczas prezentacji latem 2014 roku, a następnie opublikowano artykuł badawczy jesienią 2016 roku.

„Kiedy przedstawiamy teorię, zawsze musimy powiedzieć, że czekamy na potwierdzenie eksperymentalne” – powiedział Fary, profesor fizyki i astronomii na Iowa State University.

Jeśli cztery (bardzo, bardzo) neutrony są połączone ze sobą na krótki okres w tymczasowym stanie kwantowym lub Echow tym dniu dla Vary i międzynarodowego zespołu teoretyków jest już na miejscu.

Niedawno ogłoszone eksperymentalne odkrycie kwadrotronu przez międzynarodową grupę kierowaną przez naukowców z niemieckiego Uniwersytetu Technicznego w Darmstadt otwiera drzwi do nowych badań i może pomóc w lepszym zrozumieniu, jak wszechświat jest utrzymywany razem. Ten nowy i egzotyczny stan materii może mieć również użyteczne właściwości w obecnych lub powstających technologiach.

Neutrony, jak być może pamiętasz z zajęć z nauk ścisłych, są cząstki elementarne Bez ładunku łączy się z dodatnio naładowanymi protonami, tworząc jądro atomu. Poszczególne neutrony nie są stabilne i po kilku minutach zamieniają się w protony. Kombinacje podwójnych i potrójnych neutronów również nie tworzą tego, co fizycy nazywają rezonansem, stanem materii tymczasowo stabilnym przed rozpadem.

Wejdź do tetraotronu. Korzystając z mocy superkomputerów w Lawrence Berkeley National Laboratory w Kalifornii, teoretycy oszacowali, że cztery neutrony mogą tworzyć stan brzęczenia o czasie życia tylko 3 x 10^-22 Sekundy, mniej niż jedna miliardowa z miliardowej sekundy. Trudno w to uwierzyć, ale to wystarczająco długo, aby fizycy mogli to zbadać.

Teoretycy obliczają, że tetratron powinien mieć energię około 0,8 miliona elektronowoltów (powszechna jednostka miary w fizyce jądrowej i wysokich energiach – światło widzialne ma energię od około 2 do 3 elektronowoltów). pokazując, że tetratron miałby około 1,4 miliona elektronowoltów. Teoretycy opublikowali kolejne badania, które wykazały, że energia prawdopodobnie będzie mieścić się w przedziale od 0,7 do 1,0 MeV, podczas gdy szerokość będzie wynosić od 1,1 do 1,7 MeV. Ta czułość wynikała z przyjęcia dwóch różnych kandydatów dostępnych do interakcji między neutronami.

Artykuł właśnie opublikowany w czasopiśmie charakter temperamentu Raporty wskazują, że eksperymenty przeprowadzone w Fabryce Promieniowania Radioizotopowego w RIKEN Research Institute w Wako w Japonii wykazały, że energia i szerokość tetratronu wynoszą odpowiednio około 2,4 i 1,8 miliona elektronowoltów. Oba są większe niż wyniki teoretyczne, ale Fary powiedział, że niepewność obecnych wyników teoretycznych i eksperymentalnych może pokryć te różnice.

„Życie tetratronu jest krótkie, jest to zbyt duży szok dla świata fizyków jądrowych, aby można było zmierzyć jego właściwości, zanim się zepsuje” – powiedział Fary. „To bardzo dziwny system”.

W rzeczywistości jest „całkowicie nowy” stan rzeczy„Nie trwało to zbyt długo”, powiedział, „ale wskazuje na możliwości. Co się stanie, jeśli połączysz dwa lub trzy z nich? Czy możesz mieć większą stabilność?”

Eksperymenty mające na celu znalezienie tetratronu rozpoczęły się w 2002 roku, kiedy zaproponowano strukturę w pewnych reakcjach z udziałem jednego z pierwiastków, metalu zwanego berylem. Zespół z RIKEN znalazł ślady tetratronu w wynikach eksperymentalnych opublikowanych w 2016 roku.

„Tetratron dołączy do neutronu jako tylko drugi element na wykresie jądrowym” – napisał Fary w podsumowaniu projektu. To „zapewnia cenną nową platformę dla teorii silnych oddziaływań między neutronami”.

Mittal Doer z Instytutu Fizyki Jądrowej Uniwersytetu Technicznego w Darmstadt jest autorem korespondencyjnym charakter temperamentu Artykuł zatytułowany „Observing a freebound tetraneutron system” i zapowiadający eksperymentalne potwierdzenie tetraneutronu. Wyniki eksperymentu są wskaźnikiem statystycznym o wartości pięciu sigma, wskazującym na ostateczne stwierdzenie z prawdopodobieństwem 1 na 3,5 miliona, że ​​wynik jest anomalią statystyczną.

Prognoza teoretyczna została opublikowana 28 października 2016 r. w Fizyczne listy kontrolneZatytułowany „Przewidywanie rezonansu tetraneutronowego”. Andrei Shirokov z Instytutu Fizyki Jądrowej Skoplitsyna na Moskiewskim Uniwersytecie Państwowym w Rosji, który był naukowcem wizytującym w Iowa, jest pierwszym autorem. Fary jest jednym z autorów korespondujących.

„Czy możemy stworzyć małą gwiazdę neutronową na Ziemi?” Różnić się zatytułowanym Podsumowanie projektu Tetraneutron. Gwiazda neutronowa jest tym, co pozostaje, gdy masywnej gwieździe wyczerpuje się paliwo i zapada się w super gęstą strukturę neutronową. Tetratron jest również strukturą neutronową, a jednym z wariantów jest żartobliwie „krótko żyjąca, bardzo lekka gwiazda neutronowa”.

Osobista reakcja jest różna? „Właściwie zrezygnowałem z eksperymentów” – powiedział. „Nic o tym nie słyszałem podczas pandemii. To był ogromny szok. O mój Boże, oto jesteśmy, możemy już mieć coś nowego”.