Η κατανόηση της πυρηνικής ενέργειας μπορεί να χρειαστεί μια σημαντική αλλαγή

Το πείραμα των τεσσάρων νετρονίων βρήκε στοιχεία ενός σωματιδίου που αναζητούνταν από καιρό που αποτελείται από τέσσερα νετρόνια.

Ενώ όλοι οι ατομικοί πυρήνες εκτός από το υδρογόνο αποτελούνται από πρωτόνια και νετρόνια, οι φυσικοί αναζητούν ένα σωματίδιο που αποτελείται από ένα, τρία ή τέσσερα νετρόνια για περισσότερο από μισό αιώνα. Πειράματα που διεξήχθησαν από μια ομάδα φυσικών από το Τεχνικό Πανεπιστήμιο του Μονάχου (TUM) στο εργαστήριο επιταχυντών στην ερευνητική πανεπιστημιούπολη Garching δείχνουν ότι μπορεί να υπάρχει ένα σωματίδιο που περιλαμβάνει τέσσερα δεσμευμένα νετρόνια.

Ενώ οι πυρηνικοί φυσικοί συμφωνούν ότι δεν υπάρχουν συστήματα στο σύμπαν που να αποτελούνται μόνο από πρωτόνια, αναζητούν σωματίδια που αποτελούνται από δύο, τρία ή τέσσερα νετρόνια για περισσότερα από 50 χρόνια.

Στον διαδοχικό επιταχυντή Van de Graaff του εργαστηρίου Maier-Leibnitz στην ερευνητική πανεπιστημιούπολη Garching, μια ομάδα φυσικών από το Τεχνικό Πανεπιστήμιο του Μονάχου (TUM) βομβάρδισε έναν στόχο λιθίου-7 με έναν ατομικό πυρήνα λιθίου-7 που είχε επιταχυνθεί σε 12 τοις εκατό της ταχύτητας του φωτός. Όλα τα αποτελέσματα των μετρήσεων δείχνουν ότι τα πειράματά τους παρήγαγαν τον επιθυμητό άνθρακα-10 και τετρανετρόνιο. Πίστωση: Sonja Battenberg / TUM

Εάν υπάρχει ένα τέτοιο σωματίδιο, μέρη της θεωρίας της ισχυρής αλληλεπίδρασης πρέπει να επανεξεταστούν. Επιπλέον, η μελέτη αυτών των σωματιδίων με περισσότερες λεπτομέρειες μπορεί να μας βοηθήσει να κατανοήσουμε καλύτερα τις ιδιότητες των άστρων νετρονίων.

“Μια ισχυρή αλληλεπίδραση είναι κυριολεκτικά η δύναμη που κρατά τον κόσμο στον πυρήνα του. Άτομα βαρύτερα από το υδρογόνο θα ήταν αδιανόητα χωρίς αυτό”, λέει ο Δρ Thomas Westermann, ο οποίος διεύθυνε τα πειράματα.

Όλα δείχνουν τώρα το γεγονός ότι ακριβώς αυτοί οι τύποι σωματιδίων δημιουργήθηκαν σε ένα από τα πρόσφατα πειράματα που διεξήχθησαν στον πλέον ανενεργό επιταχυντή σωματιδίων Van de Graaff στην ερευνητική πανεπιστημιούπολη Garching.

Στον διαδοχικό επιταχυντή Van de Graaff του εργαστηρίου Maier-Leibnitz στην ερευνητική πανεπιστημιούπολη Garching, μια ομάδα φυσικών από το Τεχνικό Πανεπιστήμιο του Μονάχου (TUM) βομβάρδισε έναν στόχο λιθίου-7 με έναν ατομικό πυρήνα λιθίου-7, επιταχύνοντας στο 12 τοις εκατό την ταχύτητα του φωτός. Όλα τα αποτελέσματα των μετρήσεων δείχνουν ότι τα πειράματά τους παρήγαγαν τον επιθυμητό άνθρακα-10 και τετρανετρόνιο. Συντελεστής: Thomas Faestermann / TUM

Η μακρά αναζήτηση για ένα τετρανετρόνιο

Πριν από 20 χρόνια, μια γαλλική ερευνητική ομάδα δημοσίευσε μετρήσεις που ερμήνευσαν ως υπογραφή του επιθυμητού τετρανετρονίου. Ωστόσο, μεταγενέστερη εργασία από άλλες ομάδες έδειξε ότι η μεθοδολογία που χρησιμοποιήθηκε δεν μπορούσε να αποδείξει την ύπαρξη τετρανετρονίου.

Το 2016, μια ομάδα στην Ιαπωνία προσπάθησε να παράγει ένα τετρανετρόνιο από ήλιο-4 βομβαρδίζοντάς το με μια δέσμη ραδιενεργών σωματιδίων ηλίου-8. Αυτή η αντίδραση θα πρέπει να παράγει βηρύλλιο-8. Στην πραγματικότητα, κατάφεραν να ανιχνεύσουν τέσσερα τέτοια άτομα. Από τα αποτελέσματα των μετρήσεων, οι ερευνητές κατέληξαν στο συμπέρασμα ότι το τετρανετρόνιο ήταν ασύνδετο και γρήγορα διασπάστηκε ξανά σε τέσσερα νετρόνια.

Ο Δρ Τόμας Βέστερμαν στην καταπακτή πρόσβασης του διπλού επιταχυντή Van de Graaff στην ερευνητική πανεπιστημιούπολη Garching. Εδώ, περισσότερα από δέκα εκατομμύρια βολτ επιτάχυναν ιόντα λιθίου σε περίπου 12 τοις εκατό της ταχύτητας του φωτός. Ο Westermann και η ομάδα του βομβάρδισαν έναν στόχο λιθίου-7 με αυτά τα ιόντα λιθίου. Όλα τα αποτελέσματα των μετρήσεων δείχνουν ότι τα πειράματά τους παρήγαγαν τον επιθυμητό άνθρακα-10 και τετρανετρόνιο. Πίστωση: Ole Benz / TUM

Στα πειράματά τους, ο Faestermann και η ομάδα του βομβάρδισαν έναν στόχο λιθίου-7 με σωματίδια λιθίου-7 επιταχυνόμενα σε περίπου 12% της ταχύτητας του φωτός. Εκτός από το τετρανετρόνιο, θα πρέπει να παραχθεί και άνθρακας 10. Πράγματι, οι φυσικοί κατάφεραν να ανακαλύψουν αυτό το είδος. Η επανάληψη επιβεβαίωσε το αποτέλεσμα.

έμμεσες αποδείξεις

Τα αποτελέσματα των μετρήσεων της ομάδας ταίριαζαν με την υπογραφή που αναμενόταν από τον άνθρακα 10 στην πρώτη του διεγερμένη κατάσταση και ένα δεσμευμένο τετρανετρόνιο 0,42 megaelectrovolts (MeV). Σύμφωνα με τις μετρήσεις, το τετρανετρόνιο θα είναι περίπου το ίδιο σταθερό με το ίδιο το νετρόνιο. Στη συνέχεια διασπάται με βήτα διάσπαση με χρόνο ημιζωής 450 δευτερολέπτων. «Για εμάς, αυτή είναι η μόνη λογική φυσική εξήγηση για τις μετρημένες τιμές όλων των μετρήσεων», εξηγεί ο Δρ Thomas Westermann.

Ο Δρ. Roman Gernhäuser, ερευνητής στο Τμήμα Φυσικής του Τεχνικού Πανεπιστημίου του Μονάχου (TUM), βρίσκεται στο δωμάτιο-στόχο του διαδοχικού επιταχυντή Van de Graaff στην πανεπιστημιούπολη Garching, όπου τα ιόντα λιθίου επιταχύνθηκαν περίπου στο 12 τοις εκατό της ταχύτητας του ελαφρύ, χτυπώντας τον στόχο λιθίου 7. Όλα τα αποτελέσματα των μετρήσεων δείχνουν ότι τα πειράματά τους παρήγαγαν τον επιθυμητό άνθρακα-10 και τετρανετρόνιο. Πίστωση: Ole Benz / TUM

Από τις μετρήσεις τους, η ομάδα πέτυχε βεβαιότητα πάνω από 99,7 τοις εκατό, ή 3 σίγμα. Αλλά στη φυσική, η ύπαρξη του σωματιδίου θεωρείται οριστικά μόνο όταν επιτευχθεί η βεβαιότητα του 5 σίγμα. Έτσι, οι ερευνητές περιμένουν τώρα με ανυπομονησία ανεξάρτητη επιβεβαίωση.

Αναφορά: «Δείκτες για ένα δεσμευμένο τετράγωνο νετρονίων» των Thomas Westermann, Andreas Bergmayer, Roman Gernhauser, Dominic Kohl και Mahmoud Mahgoub, 26 Νοεμβρίου 2021 Διαθέσιμο εδώ. Γράμματα Φυσικής Β.
DOI: 10.1016 / j.physletb.2021.136799

Το εργαστήριο Mayer-Leibnitz, με τον διαδοχικό επιταχυντή Van de Graaf, λειτουργεί από κοινού από το Τεχνικό Πανεπιστήμιο του Μονάχου και το Πανεπιστήμιο Ludwig Maximilian του Μονάχου. Η εγκατάσταση έκλεισε για δομικούς λόγους στις αρχές του 2020. Και οι πέντε συγγραφείς της έκδοσης είναι απόφοιτοι ή υπάλληλοι του Τεχνικού Πανεπιστημίου του Μονάχου.