Calculele teoretice au prezis tetraneutronul, confirmat acum, o stare exotică a materiei

Andrey Shirokov, stânga, de la Universitatea de Stat din Moscova din Rusia, care a fost un savant invitat la Iowa State, și James Vary de la Iowa State fac parte dintr-o echipă internațională de fizicieni nucleari care au teoretizat, prezis și anunțat o structură cu patru neutroni în 2014 și 2016. Credit: Christopher Gannon / Iowa State University College of Liberal Arts and Sciences

James Vary a așteptat experimentele de fizică nucleară pentru a confirma realitatea unui „tetraneutron” pe care el și colegii săi l-au teoretizat, au prezis și au anunțat mai întâi într-o prezentare din vara anului 2014, urmată de o cercetare de hârtie în toamna lui 2016.


„De câte ori prezentăm o teorie, trebuie să spunem întotdeauna că așteptăm confirmarea experimentală”, a spus Vary, profesor de fizică și astronomie la Iowa State University.

În cazul a patru neutroni (foarte, foarte) legați pentru scurt timp împreună într-o stare cuantică temporară sau rezonanţăacea zi pentru Vary și o echipă internațională de teoreticieni este acum aici.

Descoperirea experimentală tocmai anunțată a unui tetraneutron de către un grup internațional condus de cercetători de la Universitatea Tehnică Germană din Darmstadt deschide porți pentru cercetări ulterioare și ar putea duce la o mai bună înțelegere a modului în care este asamblat universul. Această stare nouă și exotică a materiei ar putea avea și proprietăți utile în tehnologiile existente sau emergente.

Neutronii, pe care probabil vă amintiți de la ora de știință, sunt particule subatomice fără sarcină care se combină cu protoni încărcați pozitiv pentru a forma nucleul unui atom. Neutronii individuali nu sunt stabili și după câteva minute se transformă în protoni. Nici combinațiile de neutroni dubli și tripli nu formează ceea ce fizicienii numesc o rezonanță, o stare a materiei care este temporar stabilă înainte de a se descompune.

Intră în tetraneutron. Folosind puterea de supercalculare de la Laboratorul Național Lawrence Berkeley din California, teoreticienii au calculat că patru neutroni ar putea forma o stare de rezonanță cu o durată de viață de doar 3×10.-22 secunde, mai puțin de o miliardime de miliardime de secundă. Este greu de crezut, dar este suficient de lung pentru a studia fizicienii.

Calculele teoreticienilor indică faptul că tetraneutronul ar trebui să aibă o energie de aproximativ 0,8 milioane de electroni volți (o unitate de măsură comună în fizica de înaltă energie și nucleară – lumina vizibilă are energii de aproximativ 2 până la 3 electron-volți.) Calculele au indicat, de asemenea, lățimea vârful de energie trasat care arată un tetraneutron ar fi de aproximativ 1,4 milioane de electroni-volți. Teoreticienii au publicat studii ulterioare care indică faptul că energia ar fi probabil între 0,7 și 1,0 milioane de electroni-volți, în timp ce lățimea ar fi între 1,1 și 1,7 milioane de electroni-volți. Această sensibilitate a apărut din adoptarea diferiților candidați disponibili pentru interacțiunea dintre neutroni.

Un articol care tocmai a apărut în jurnal Natură raportează că experimentele de la RIKEN Research Institute’s Radioactive Isotope Beam Factory din Wako, Japonia, au arătat că energia și lățimea tetraneutronilor erau de aproximativ 2,4 și, respectiv, 1,8 milioane de electroni volți. Acestea sunt ambele mai importante decât rezultatele teoretice, dar Vary a spus că incertitudinile din rezultatele actuale teoretice și experimentale ar putea acoperi aceste diferențe.

„Un tetraneutron are o durată de viață atât de scurtă încât este un șoc suficient de mare pentru lumea fizicii nucleare, încât proprietățile sale pot fi măsurate înainte de a se sparge”, a spus Vary. „Este un sistem foarte exotic”.

Este, de fapt, „cu totul nou stare a materiei„, a spus el. „Este de scurtă durată, dar indică posibilități. Ce se întâmplă dacă puneți două sau trei împreună? Ai putea obține mai multă stabilitate?”

Experimentele pentru găsirea unui tetraneutron au început în 2002, când structura a fost propusă în unele reacții care implică unul dintre elemente, un metal numit beriliu. O echipă RIKEN a găsit indicii ale unui tetraneutron în rezultatele experimentale publicate în 2016.

„Tetraneutronul se va alătura neutronului ca al doilea element fără încărcare al hărții nucleare”, a scris Vary într-un rezumat al proiectului. Aceasta „oferă o nouă platformă valoroasă pentru teoriile interacțiunilor puternice cu neutroni”.

Meytal Duer de la Institutul de Fizică Nucleară al Universității Tehnice din Darmstadt este autorul corespunzător al Natură lucrare, intitulată „Observarea unui sistem cu patru neutroni liberi corelați” și care anunță confirmarea experimentală a unui tetraneutron. Rezultatele experimentului sunt considerate un semnal statistic de cinci sigma, indicând o constatare certă cu o șansă la 3,5 milioane ca descoperirea să fie o anomalie statistică.

Prognoza teoretică a fost publicată pe 28 octombrie 2016 în Scrisori de examinare fizicăintitulat „Predicția unei rezonanțe cu patru neutroni”. Andrey Shirokov de la Institutul Skobeltsyn pentru Fizică Nucleară de la Universitatea de Stat din Moscova din Rusia, care a fost un savant invitat la Iowa State, este primul autor. Vary este unul dintre autorii corespunzători.

„Putem crea o mică stea neutronică pe Pământ? Vary a intitulat un rezumat al proiectului tetraneutron. O stea neutronică este ceea ce rămâne atunci când o stea masivă rămâne fără combustibil și se prăbușește într-o structură de neutroni super-densă. Tetraneutronul este, de asemenea, o structură de neutroni, un Vary fiind în glumă o „stea neutronică de scurtă durată, foarte ușoară”.

Reacția personală a lui Vary? „Am renunțat destul de mult la experimente”, a spus el. „Nu auzisem nimic despre asta în timpul pandemiei. A fost un mare șoc. Doamne, iată-ne, s-ar putea să avem ceva nou.”


Fizicienii demonstrează existența unei noi structuri subatomice


Mai multe informatii:
M. Duer et al, Observarea unui sistem cu patru neutroni liberi corelați, Natură (2022). DOI: 10.1038/s41586-022-04827-6

Citat: Calculele teoretice au prezis tetraneutronul acum confirmat, o stare exotică a materiei (2022, 22 iunie) Preluat la 23 iunie 2022 de la https://phys.org/news/2022-06-theoretical-now-confirmed-tetraneutron -exotic- stat.html

Acest document este supus dreptului de autor. Cu excepția utilizării loiale în scopuri de studiu sau cercetare privată, nicio parte nu poate fi reprodusă fără permisiunea scrisă. Conținutul este oferit doar cu titlu informativ.

READ  Știri științifice: Un experiment imens din Marea Britanie asigură râvnita „primă plasmă” - Științele vieții

Faci un comentariu sau dai un răspuns?

Adresa ta de email nu va fi publicată. Câmpurile obligatorii sunt marcate cu *