Тетранейтрон

Тетранейтро́н — гипотетическая стабильная (или относительно долгоживущая) частица, состоящая из четырёх нейтронов. Согласно общепринятым на начало XXI века теориям ядерной физики, вероятность существования такой частицы ничтожна^[1]; с другой стороны, существуют экспериментальные данные (хотя и не вполне подтверждённые), которые могут служить указанием на существование тетранейтрона — эксперимент Франсиско-Мигеля Маркеса и его коллег на Большом национальном ускорителе тяжелых ионов^[фр.] (фр. Grand accélérateur national d’ions lourds — GANIL) в Кане в 2001 году, в котором использовался новый метод обнаружения распада ядер бериллия и лития^[2]. Попытки других учёных повторить результат Маркеса окончились безуспешно, но в 2016 году указания на существование тетранейтрона были получены другой группой исследователей в ходе экспериментов по другой методике➤.

Эксперимент Маркеса

Как и во многих экспериментах на ускорителях частиц, команда Маркеса ускоряла пучки атомных ядер в сторону стационарной мишени и исследовала «осколки», появившиеся в результате столкновения. В данном эксперименте, радиоактивные ядра бериллия-14, бериллия-15 и лития-11 ускорялись и сталкивались с углеродной мишенью. Наилучших результатов удалось достичь с бериллием-14. Гало^[англ.] этого изотопа бериллия состоит из группы четырёх нейтронов, которая легко отделяется от ядра бериллия при столкновении с ядром углерода. Команда Маркеса разработала новую и оригинальную методику обнаружения связанных групп нейтронов^[2].

Современные модели ядра предполагают, что при столкновении бериллия-14 и углерода должно образоваться ядро бериллия-10 и четыре свободных нейтрона, но сигнал, полученный при столкновении, скорее означал наличие ядра бериллия-10 и группы из нескольких связанных нейтронов — вероятно, четырёх, то есть тетранейтрона.

Последующие эксперименты и расчёты

Проведённый впоследствии анализ метода обнаружения, использованного Маркесом, показал, что по крайней мере часть его анализа полученных наблюдений была некорректна^[3]. При попытках воспроизвести эти наблюдения различными другими методами ни разу не удалось обнаружить какие-либо связанные группы нейтронов^[4].

Если в будущем удастся экспериментально подтвердить существование стабильных тетранейтронов, то потребуется пересмотреть существующие модели атомного ядра. Бертулани и Зелевинский^[5] попытались построить модель тетранейтрона как молекулы, состоящей из двух динейтронов, но пришли к выводу, что это невозможно. Неудачными оказались и другие попытки найти взаимодействия, которые могли бы способствовать образованию многонейтронных групп^[6][7][8].

Не выглядит возможным изменить современные ядерные гамильтонианы так, чтобы связать тетранейтрон, не уничтожив многочисленные другие удачные прогнозы этих гамильтонианов. Это значит, что если будут подтверждены недавние утверждения об экспериментальных данных о связанном тетранейтроне, то в наше понимание ядерных сил придётся внести значительные изменения.

— С. Пипер ^[9]

В 2016 году физики из японского Института физико-химических исследований (RIKEN) сделали заявление о наличии кандидата в тетранейтроны. Энергия частицы по расчётам примерно равна 0,83 МэВ. Резонанс обнаруживается в ходе наблюдений за продуктами распада высокоэнергичного изотопа гелия-8^[10][11][12].

В том же 2016 году группа теоретиков из России (НИИЯФ МГУ, ТОГУ), США (Университет штата Айова, Ливерморская национальная лаборатория) и Германии (Дармштадтский технический университет) путём численного моделирования продемонстрировала существование резонанса в системе четырёх нейтронов, соответствующего обнаруженной частице. Энергия резонанса составила 0,8 МэВ, а его ширина — 1,4 МэВ. Время жизни частицы было оценено в 5⋅10⁻²² с^[13][14].

В 2021 году группа из Мюнхенского технического университета сталкивая атомы лития-7 обнаружила предварительные признаки существования связанного состояния четырех нейтронов с расчетным временем жизни в несколько минут, аналогичным времени жизни свободного нейтрона^[15][16].

В 2022 года, снова в RIKEN, направил пучок атомов гелия-8 в мишень, богатую протонами, что вызвало выброс α-частицы в противоположном направлении и оставило четыре нейтрона в движущейся системе отсчета. Недостающая энергия использовалась для получения сигнатуры четырехнейтронной системы с временем жизни около 3,8 ×10⁻²² с^{[17][18][19][20]} .

См. также

• Нейтрон
• Свободный нейтрон
• Динейтрон
• Октанейтрон
• Нейтроний