Calcoli teorici hanno previsto l’ormai confermato tetraneutrone, uno strano stato della materia

Andrey Shirokov, a sinistra, dell’Università statale di Mosca in Russia, che è stato visiting scientist in Iowa, e James Fary dell’Iowa, parte di un team internazionale di fisici nucleari che ha teorizzato, predetto e annunciato una struttura a quattro neutroni nel 2014 e nel 2016. Credito: Christopher Gannon / College of Liberal Arts and Sciences della Iowa State University

James Farey stava aspettando che gli esperimenti di fisica nucleare confermassero la realtà del “tetraneutrone” che aveva teorizzato, predetto e annunciato insieme ai suoi colleghi durante una presentazione nell’estate del 2014, seguita da un documento di ricerca nell’autunno del 2016.


“Quando presentiamo una teoria, dobbiamo sempre dire che stiamo aspettando una conferma sperimentale”, ha affermato Fary, professore di fisica e astronomia alla Iowa State University.

Se quattro (molto, molto) neutroni sono legati insieme per un breve periodo in uno stato quantico temporaneo o ecoquel giorno per Vary e ora esiste un team internazionale di teorici.

La scoperta sperimentale appena annunciata di un quadritrone da parte di un gruppo internazionale guidato da ricercatori dell’Università tecnica tedesca di Darmstadt apre le porte a nuove ricerche e potrebbe portare a una migliore comprensione di come l’universo è tenuto insieme. Questo nuovo ed esotico stato della materia potrebbe anche avere proprietà utili nelle tecnologie attuali o emergenti.

I neutroni, come ricorderete dalla lezione di scienze, lo sono particelle subatomiche Senza carica, si combina con i protoni caricati positivamente per formare il nucleo di un atomo. I singoli neutroni non sono stabili e dopo pochi minuti si trasformano in protoni. Anche le combinazioni di neutroni doppi e tripli non formano ciò che i fisici chiamano risonanza, uno stato della materia temporaneamente stabile prima che decada.

Entra nel tetraotrone. Utilizzando la potenza del supercalcolo al Lawrence Berkeley National Laboratory in California, i teorici hanno stimato che quattro neutroni possono formare uno stato di ronzio con una vita di soli 3 x 10-22 Secondi, meno di un miliardesimo di miliardesimo di secondo. È difficile da credere, ma è abbastanza per i fisici per studiarlo.

I teorici calcolano che il tetratrone dovrebbe avere un’energia di circa 0,8 milioni di elettronvolt (un’unità di misura comune nella fisica nucleare e nell’alta energia – la luce visibile ha energie di circa 2 o 3 elettronvolt). I calcoli hanno anche indicato l’ampiezza del picco di energia schematico dimostrando che il tetratrone sarebbe di circa 1,4 milioni di elettronvolt. I teorici hanno pubblicato studi successivi che hanno indicato che l’energia sarebbe probabilmente compresa tra 0,7 e 1,0 MeV, mentre la larghezza sarebbe compresa tra 1,1 e 1,7 MeV. Questa sensibilità è nata dall’adozione di due diversi candidati disponibili per l’interazione tra neutroni.

Un articolo appena pubblicato sulla rivista temperare la natura I rapporti indicano che gli esperimenti condotti presso la Radioisotope Radiation Factory presso il RIKEN Research Institute di Wako, in Giappone, hanno scoperto che l’energia e la larghezza del tetratrone sono rispettivamente di circa 2,4 e 1,8 milioni di elettronvolt. Entrambi sono maggiori dei risultati teorici, ma Fary ha affermato che l’incertezza negli attuali risultati teorici e sperimentali potrebbe coprire queste differenze.

“La vita del tetratrone è breve, è uno shock troppo grande per il mondo dei fisici nucleari perché le sue proprietà possano essere misurate prima che si rompa”, ha detto Fary. “È un sistema molto strano.”

È, infatti, “completamente nuovo stato della materia“Non è durato molto a lungo”, ha detto, “ma mette in evidenza le possibilità. Cosa succede se ne metti due o tre insieme? Puoi avere più stabilità?”

Gli esperimenti per trovare il tetratrone sono iniziati nel 2002 quando la struttura è stata proposta in alcune reazioni che coinvolgono uno degli elementi, un metallo chiamato berillio. Un team di RIKEN ha trovato accenni di tetratrone nei risultati sperimentali pubblicati nel 2016.

“Il tetratrone si unirà al neutrone come solo il secondo elemento nel grafico nucleare”, ha scritto Fary nel riassunto del progetto. Questo “fornisce una nuova preziosa piattaforma per le teorie delle interazioni forti tra neutroni”.

Mittal Doer dell’Istituto di Fisica Nucleare dell’Università Tecnica di Darmstadt è l’autore corrispondente di temperare la natura Un documento intitolato “Osservare un sistema di tetraneutroni legati liberi” e annunciare la conferma sperimentale di un tetraneutrone. I risultati dell’esperimento sono un’indicazione statistica a cinque sigma, che indica un risultato definitivo con una probabilità di 1 su 3,5 milioni che il risultato sia un’anomalia statistica.

La previsione teorica è stata pubblicata il 28 ottobre 2016 in Lettere di revisione fisicaIntitolato “Previsione della risonanza dei tetraneutroni”. Andrei Shirokov dello Skoplitsyn Institute of Nuclear Physics presso l’Università statale di Mosca in Russia, che era uno scienziato in visita in Iowa, è il primo autore. Fary è uno degli autori corrispondenti.

“Possiamo creare una piccola stella di neutroni sulla Terra?” Differiscono dal titolo Riepilogo del progetto Tetraneutron. Una stella di neutroni è ciò che rimane quando una stella massiccia esaurisce il carburante e collassa in una struttura di neutroni super densa. Un tetratrone è anche una struttura di neutroni, una variante è scherzosamente “una stella di neutroni di breve durata e molto leggera”.

La reazione personale varia? “Ho praticamente rinunciato a sperimentare”, ha detto. “Non ho sentito nulla di questo durante la pandemia. Questo è stato un enorme shock. Oh mio Dio, eccoci qui, potremmo già avere qualcosa di nuovo”.


I fisici dimostrano l’esistenza di una nuova struttura subatomica


maggiori informazioni:
Doerr et al., Osservazione di un sistema tetragonale di neutroni liberi correlativi, temperare la natura (2022). DOI: 10.1038 / s41586-022-04827-6

la citazione: I calcoli teorici prevedevano un tetraneutrone ora confermato, uno stato esotico della materia (2022, 22 giugno) Estratto il 23 giugno 2022 da https://phys.org/news/2022-06-theoretical-now-confirmed-tetraneutron-exotic – stato .linguaggio di programmazione

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