یک سوال طولانی مدت در فیزیک هسته ای این است که آیا سیستم های هسته ای بدون شارژ می توانند وجود داشته باشند؟ فقط ستارگان نوترونی سیستم‌های نوترونی تقریباً خالص را نشان می‌دهند، جایی که نوترون‌ها توسط نیروی گرانش به چگالی بسیار بالا فشرده می‌شوند. جستجوی آزمایشی برای سیستم‌های چند نوترونی ایزوله یک جست‌وجوی مداوم برای چندین دهه بوده است، با تمرکز ویژه بر روی سیستم چهار نوترونی به نام تترنوترون، که منجر به تنها چند نشانه از وجود آن تا کنون شده است، و تترانوترون را به یک هسته‌ای گریزان تبدیل کرده است. سیستم برای شش دهه
کشف آزمایشی یک تترنوترون توسط یک گروه بین المللی به رهبری دانشمندان دانشگاه فنی دارمشتات آلمان که اخیراً اعلام شده است، درها را برای تحقیقات جدید باز می کند و می تواند به درک بهتری از نحوه چیدمان جهان منجر شود. این حالت جدید و عجیب و غریب ماده همچنین می تواند دارای خواصی باشد که در فناوری های موجود یا در حال ظهور مفید است.
اولین اعلام تترنوترون توسط فیزیکدان نظری جیمز واری در طی ارائه ای در تابستان 2014 انجام شد و به دنبال آن یک مقاله تحقیقاتی در پاییز 2016 انجام شد. او منتظر تایید واقعیت از طریق آزمایش های فیزیک هسته ای بوده است.
در حال حاضر انتظار او در نهایت به پایان رسید زمانی که چهار نوترون به طور خلاصه در یک حالت کوانتومی موقت به یکدیگر متصل می شوند.
نوترون ها چیست؟
نوترون ها ذرات زیر اتمی بدون بار هستند که با پروتون های دارای بار مثبت ترکیب می شوند و هسته اتم را می سازند. نوترون های منفرد پایدار نیستند و پس از چند دقیقه به پروتون تبدیل می شوند.
چرا تترنوترون؟
سیستم ساخته شده از دو نوترون، دی نوترون، شناخته شده است که تنها با حدود 100 کیلو ولت محدود نیست. اینکه آیا سیستم‌های چند نوترونی می‌توانند به‌عنوان حالت‌های محدود ضعیف وجود داشته باشند یا حالت‌های تشدید ناپیوسته کوتاه‌مدت، یک سؤال طولانی مدت بوده است. ساده ترین سیستم بعدی از سه نوترون به دلیل تعداد فرد نوکلئون ها و در نتیجه اتصال ضعیف تر، احتمال کمتری وجود دارد. با این حال، یک محاسبه اخیر وجود آن را نشان داده است. پس از این ملاحظات، سیستم چهار نوترونی، تترنوترون، نامزد مناسبی برای پرداختن به این سوال است.
راهی به تترنوترون
با استفاده از نیروی ابر محاسباتی در آزمایشگاه ملی لارنس برکلی در کالیفرنیا، نظریه پردازان محاسبه کردند که چهار نوترون می توانند یک حالت تشدید با طول عمر 3×10^(-22) ثانیه، کمتر از یک میلیاردم یک میلیاردم ثانیه، تشکیل دهند. باور کردنش سخت است، اما این مدت برای فیزیکدانان برای مطالعه کافی است.
جزئیات مطالعه
محاسبات نظریه پردازان می گوید که تترنوترون باید انرژی حدود 0.8 میلیون الکترون ولت (واحد اندازه گیری رایج در انرژی های بالا و هسته ای) داشته باشد. فیزیک - نور مرئی دارای انرژی حدود 2 تا 3 الکترون ولت است.) محاسبات همچنین نشان می دهد که عرض اسپک انرژی رسم شده که یک تترنوترون را نشان می دهد حدود 1.4 میلیون الکترون ولت خواهد بود. نظریه پردازان مطالعات بعدی را منتشر کردند که نشان داد انرژی احتمالاً بین 0.7 تا 1.0 میلیون الکترون ولت قرار دارد در حالی که عرض آن بین 1.1 تا 1.7 میلیون الکترون ولت است. این حساسیت از پذیرش نامزدهای مختلف موجود برای برهمکنش بین نوترون ها ناشی می شود.
مقاله‌ای که اخیراً در مجله Nature منتشر شده است گزارش می‌دهد که آزمایش‌ها در کارخانه پرتو ایزوتوپ رادیواکتیو در مؤسسه تحقیقاتی RIKEN در واکو، ژاپن، انرژی و عرض تترنوترون را به ترتیب حدود 2.4 و 1.8 میلیون الکترون ولت نشان می‌دهد. این هر دو بزرگتر از نتایج تئوری هستند، اما واری گفت عدم قطعیت در نتایج تئوری و تجربی فعلی می تواند این تفاوت ها را پوشش دهد.
اهمیت مطالعه
وری گفت: "یک تترنوترون عمر کوتاهی دارد که شوک بسیار بزرگی برای دنیای فیزیک هسته ای است که می توان خواص آن را قبل از تجزیه آن اندازه گیری کرد." "این یک سیستم بسیار عجیب و غریب است."
او گفت، در واقع، «حالت کاملاً جدیدی از ماده است». این کوتاه مدت است، اما به احتمالات اشاره می کند. اگر دو یا سه تا از اینها را کنار هم بگذارید چه اتفاقی می افتد؟ آیا می توانید ثبات بیشتری کسب کنید؟»
آزمایش‌ها برای یافتن یک تترنوترون در سال 2002 آغاز شد، زمانی که این ساختار در واکنش‌های خاصی شامل یکی از عناصر، فلزی به نام بریلیم، پیشنهاد شد. تیمی در RIKEN در نتایج آزمایشی منتشر شده در سال 2016 نشانه هایی از یک تترنوترون پیدا کردند.
وری در خلاصه ای از پروژه نوشت: «تترنوترون تنها به عنوان دومین عنصر بدون شارژ نمودار هسته ای به نوترون می پیوندد. این "یک پلت فرم جدید ارزشمند برای تئوری های برهمکنش قوی بین نوترون ها فراهم می کند."
آیا می توانیم یک ستاره نوترونی کوچک روی زمین ایجاد کنیم؟ Vary خلاصه ای از پروژه تترنوترون را عنوان کرد. یک ستاره نوترونی چیزی است که وقتی سوخت یک ستاره عظیم تمام می شود و به یک ساختار نوترونی فوق متراکم فرو می ریزد، باقی می ماند. تترنوترون نیز یک ساختار نوترونی است، واری یک ستاره نوترونی با عمر کوتاه و بسیار سبک است.
واری گفت: "من تقریباً از آزمایشات منصرف شده بودم." «در طول همه‌گیری هیچ چیز در مورد این موضوع نشنیده بودم. این یک شوک بزرگ بود. خدای من، اینجا هستیم، ممکن است واقعا چیز جدیدی داشته باشیم.»
ما مشاهدات تجربی یک ساختار رزونانس مانند سازگار با حالت تترنوترون نزدیک به آستانه را پس از 60 سال تلاش آزمایشی برای روشن کردن وجود این حالت ارائه کرده‌ایم. مطالعه نتیجه می گیرد.
مرجع مجله
- M. Duer, T. Aumann, R. Gernhäuser, V. Panin, S. Paschalis, DM Rossi, NL Achouri, D. Ahn, H. Baba, CA Bertulani, M. Böhmer, K. Boretzky, C. Caesar, N Chiga، A. Corsi، D. Cortina-Gil، CA Douma، F. Dufter، Z. Elekes، J. Feng، B. Fernández-Domínguez، U. Forsberg، N. Fukuda، I. Gasparic، Z. Ge، جی ام گلر، جی. جیبلین، آ. گیلیبرت، کی هان، ز. هالاس، ام. ان هاراکه، آ. هیرایاما، ام. هول، ن. اینابه، تی. ایزوبه، جی. کاهلباو، ن. کالانتر-نایستانکی، دی. کیم S. Kim، T. Kobayashi، Y. Kondo، D. Körper، P. Koseoglou، Y. Kubota، I. Kuti، PJ Li، C. Lehr، S. Lindberg، Y. Liu، FM Marqués، S. Masuoka ، M. Matsumoto، J. Mayer، K. Miki، B. Monteagudo، T. Nakamura، T. Nilsson، A. Obertelli، NA Orr، H. Otsu، SY Park، M. Parlog، PM Potlog، S. Reichert، A. Revel، AT Saito، M. Sasano، H. Scheit، F. Schindler، S. Shimoura، H. Simon، L. Stuhl، H. Suzuki، D. Symochko، H. Takeda، J. Tanaka، Y. Togano T. Tomai، HT Törnqvist، J. Tscheuschner، T. Uesaka، V. Wagner، H. Yamada، B. Yang، L. Yang، ZH Yang، M. Yasuda، K. Yone da، L. Zanetti، J. Zenihiro و MV Zhukov. مشاهده یک سیستم چهار نوترونی آزاد همبسته طبیعت شماره ۱۰۲۹، 678-682 (2022). DOI: 10.1038/s41586-022-04827-6
