Theoretische Berechnungen haben dem nun bestätigten Tetraneutron einen seltsamen Materiezustand vorausgesagt

James Farey wartete auf kernphysikalische Experimente, um die Realität des „Tetraneutrons“ zu bestätigen, das er und seine Kollegen während einer Präsentation im Sommer 2014 theoretisiert, vorhergesagt und erstmals berichtet hatten, gefolgt von einer Forschungsarbeit im Herbst 2016.

„Wenn wir eine Theorie präsentieren, müssen wir immer sagen, dass wir auf eine experimentelle Bestätigung warten“, sagte Fary, Professor für Physik und Astronomie an der Iowa State University.

Wenn vier (sehr, sehr) Neutronen kurzzeitig in einem temporären Quantenzustand aneinander gebunden sind bzw Echoan diesem Tag für Vary und ein internationales Team von Theoretikern ist jetzt an Ort und Stelle.

Die gerade bekannt gegebene experimentelle Entdeckung eines Quadrotrons durch eine internationale Gruppe unter der Leitung von Forschern der deutschen Technischen Universität Darmstadt öffnet die Türen für neue Forschungen und könnte zu einem besseren Verständnis darüber führen, wie das Universum zusammengehalten wird. Dieser neue und exotische Materiezustand könnte auch nützliche Eigenschaften in aktuellen oder neu entstehenden Technologien haben.

Neutronen, wie Sie sich vielleicht aus dem naturwissenschaftlichen Unterricht erinnern, sind es subatomare Partikel Ohne Ladung verbindet es sich mit den positiv geladenen Protonen zum Atomkern. Die einzelnen Neutronen sind nicht stabil und werden nach wenigen Minuten zu Protonen. Die Kombinationen von Doppel- und Dreifachneutronen bilden auch nicht das, was Physiker Resonanz nennen, einen Zustand der Materie, der vorübergehend stabil ist, bevor er zerfällt.

Betreten Sie das Tetraotron. Unter Verwendung von Supercomputing-Leistung am Lawrence Berkeley National Laboratory in Kalifornien haben Theoretiker geschätzt, dass vier Neutronen einen Summenzustand mit einer Lebensdauer von nur 3 x 10 bilden können^-22 Sekunden, weniger als ein Milliardstel einer Milliardstel Sekunde. Es ist kaum zu glauben, aber das ist lang genug für Physiker, um es zu studieren.

Theoretiker berechnen, dass das Tetratron eine Energie von etwa 0,8 Millionen Elektronenvolt haben sollte (eine übliche Maßeinheit in der Kernphysik und Hochenergie – sichtbares Licht hat Energien von etwa 2 bis 3 Elektronenvolt). Die Berechnungen gaben auch die Breite der schematischen Energiespitze an zeigt, dass das Tetratron Es wäre etwa 1,4 Millionen Elektronenvolt. Theoretiker veröffentlichten nachfolgende Studien, die darauf hindeuteten, dass die Energie wahrscheinlich zwischen 0,7 und 1,0 MeV liegen würde, während die Breite zwischen 1,1 und 1,7 MeV liegen würde. Diese Empfindlichkeit entstand aus der Annahme von zwei verschiedenen Kandidaten, die für die Wechselwirkung zwischen Neutronen verfügbar sind.

Ein Artikel, der gerade in der Zeitschrift erschienen ist Natur temperieren Berichte weisen darauf hin, dass Experimente, die in der Radioisotope Radiation Factory am RIKEN Research Institute in Wako, Japan, durchgeführt wurden, ergaben, dass die Energie und die Breite des Tetratrons etwa 2,4 bzw. 1,8 Millionen Elektronenvolt betragen. Beide sind größer als die theoretischen Ergebnisse, aber Fary sagte, dass die Unsicherheit in den aktuellen theoretischen und experimentellen Ergebnissen diese Unterschiede überdecken könnte.

„Die Lebensdauer des Tetratrons ist kurz, es ist ein zu großer Schock für die Welt der Kernphysiker, als dass seine Eigenschaften gemessen werden könnten, bevor es zusammenbricht“, sagte Fary. „Es ist ein sehr seltsames System.“

Es ist in der Tat „völlig neu Aggregatszustand„Es hat nicht lange gehalten“, sagte er, „aber es zeigt die Möglichkeiten auf. Was passiert, wenn man zwei oder drei davon zusammenfügt? Kann man mehr Stabilität haben?“

Versuche, das Tetratron zu finden, begannen 2002, als die Struktur in bestimmten Reaktionen vorgeschlagen wurde, an denen eines der Elemente, ein Metall namens Beryllium, beteiligt war. Ein Team von RIKEN fand Hinweise auf Tetratron in experimentellen Ergebnissen, die 2016 veröffentlicht wurden.

„Das Tetratron wird neben dem Neutron nur das zweite Element im Kerngraphen sein“, schrieb Fary in der Projektzusammenfassung. Dies „bietet eine wertvolle neue Plattform für Theorien starker Wechselwirkungen zwischen Neutronen.“

Mittal Doer vom Institut für Kernphysik der Technischen Universität Darmstadt ist der korrespondierende Autor von Natur temperieren Ein Artikel mit dem Titel „Beobachtung eines frei gebundenen Tetraneutronensystems“ und der Ankündigung einer experimentellen Bestätigung eines Tetraneutrons. Die Ergebnisse des Experiments sind eine statistische Fünf-Sigma-Indikation, die mit einer Wahrscheinlichkeit von 1 zu 3,5 Millionen einen definitiven Befund anzeigt, dass das Ergebnis eine statistische Anomalie ist.

Die theoretische Vorhersage wurde am 28. Oktober 2016 in veröffentlicht Briefe zur körperlichen ÜberprüfungMit dem Titel „Vorhersage der Tetraneutronenresonanz“. Erstautor ist Andrei Shirokov vom Skoplitsyn Institute of Nuclear Physics an der Moscow State University in Russland, der Gastwissenschaftler in Iowa war. Fary ist einer der korrespondierenden Autoren.

„Können wir einen kleinen Neutronenstern auf der Erde erschaffen?“ Differ mit dem Titel Summary of the Tetraneutron Project. Ein Neutronenstern ist das, was übrig bleibt, wenn einem massereichen Stern der Treibstoff ausgeht und er zu einer superdichten Neutronenstruktur zusammenbricht. Ein Tetratron ist auch eine Neutronenstruktur, wobei eine Variante scherzhaft „ein kurzlebiger, sehr leichter Neutronenstern“ ist.

Persönliche Reaktion unterschiedlich? „Ich habe es ziemlich aufgegeben, zu experimentieren“, sagte er. „Ich habe während der Pandemie nichts davon gehört. Das war ein riesiger Schock. Oh mein Gott, hier sind wir, wir haben vielleicht schon etwas Neues.“