تنبأت الحسابات النظرية بـ tetraneutron المؤكدة الآن ، وهي حالة غريبة للمادة

انتظر جيمس فاري تجارب الفيزياء النووية لتأكيد حقيقة “رباعي النيوترونات” الذي وضع نظريته هو وزملاؤه لأول مرة وتوقعوا وأعلنوا في عرض تقديمي صيف 2014 ، تلاه بحث ورقي في خريف 2016.

قال فاري ، أستاذ الفيزياء وعلم الفلك في جامعة ولاية أيوا: “عندما نقدم نظرية ، علينا دائمًا أن نقول إننا ننتظر تأكيدًا تجريبيًا”.

في حالة وجود أربعة نيوترونات (جدًا جدًا) مرتبطة ببعضها البعض لفترة وجيزة في حالة كمومية مؤقتة أو صدىفي ذلك اليوم لـ Vary وفريق دولي من المنظرين موجود هنا الآن.

إن الاكتشاف التجريبي الذي تم الإعلان عنه للتو لرباعي النيوترون من قبل مجموعة دولية بقيادة باحثين في الجامعة التقنية الألمانية في دارمشتات يفتح الأبواب لمزيد من البحث ويمكن أن يؤدي إلى فهم أفضل لكيفية تجميع الكون. يمكن أن يكون لهذه الحالة الجديدة والغريبة للمادة أيضًا خصائص مفيدة في التقنيات الحالية أو الناشئة.

النيوترونات ، التي ربما تتذكرها من فصل العلوم ، هي الجسيمات دون الذرية بدون شحنة تتحد مع البروتونات موجبة الشحنة لتشكيل نواة الذرة. النيوترونات الفردية ليست مستقرة وبعد بضع دقائق تتحول إلى بروتونات. كما أن توليفات النيوترونات المزدوجة والثلاثية لا تشكل ما يسميه الفيزيائيون الرنين ، وهي حالة من المادة مستقرة مؤقتًا قبل أن تتحلل.

أدخل رباعيوترون. باستخدام قوة الحوسبة الفائقة من مختبر لورانس بيركلي الوطني في كاليفورنيا ، قدر المنظرون أن أربعة نيوترونات يمكن أن تشكل حالة طنين بعمر 3 × 10 فقط^-22 ثواني ، أقل من جزء من المليار من المليار من الثانية. من الصعب تصديق ذلك ، لكنه طويل بما يكفي ليقوم علماء الفيزياء بدراسته.

تشير حسابات العلماء النظريين إلى أن رباعيترونترون يجب أن يكون له طاقة تبلغ حوالي 0.8 مليون إلكترون فولت (وحدة قياس شائعة في الطاقة العالية والفيزياء النووية – للضوء المرئي طاقات من حوالي 2 إلى 3 إلكترون فولت). تبلغ ذروة الطاقة المرسومة التي تظهر رباعيترون حوالي 1.4 مليون إلكترون فولت. نشر المنظرون دراسات لاحقة تشير إلى أن الطاقة ستكون على الأرجح بين 0.7 و 1.0 مليون إلكترون فولت بينما سيكون العرض بين 1.1 و 1.7 مليون إلكترون فولت. نشأت هذه الحساسية من اعتماد مرشحين مختلفين متاحين للتفاعل بين النيوترونات.

مقال ظهر للتو في المجلة الطبيعة تشير التقارير إلى أن التجارب التي أجريت في مصنع أشعة النظائر المشعة التابع لمعهد أبحاث RIKEN في واكو باليابان ، كشفت أن طاقة وعرض tetraneutrons كانا حوالي 2.4 و 1.8 مليون إلكترون فولت على التوالي. كلاهما أكثر أهمية من النتائج النظرية ، لكن فاري قال إن عدم اليقين في النتائج النظرية والتجريبية الحالية يمكن أن يغطي هذه الاختلافات.

قال فاري: “يتمتع رباعيترون بعمر قصير لدرجة أنه يشكل صدمة كبيرة بما يكفي لعالم الفيزياء النووية بحيث يمكن قياس خصائصه قبل أن يتحطم”. “إنه نظام غريب للغاية.”

إنه ، في الواقع ، “جديد تمامًا حالة المادةقال: “إنها قصيرة العمر ، لكنها تشير إلى الاحتمالات. ماذا يحدث إذا جمعت اثنين أو ثلاثة معًا؟ هل يمكنك الحصول على مزيد من الاستقرار؟ “

بدأت التجارب للعثور على رباعيوترون في عام 2002 عندما تم اقتراح الهيكل في بعض التفاعلات التي تنطوي على أحد العناصر ، وهو معدن يسمى البريليوم. وجد فريق RIKEN تلميحات عن رباعيترون في النتائج التجريبية المنشورة في عام 2016.

كتب فاري في ملخص المشروع: “سينضم رباعي النيوترون إلى النيوترون باعتباره العنصر الثاني غير المشحون في الخريطة النووية”. هذا “يوفر منصة جديدة قيمة لنظريات التفاعلات القوية للنيوترونات”.

Meytal Duer من معهد الفيزياء النووية بالجامعة التقنية في دارمشتات هو المؤلف المقابل لكتاب الطبيعة ورقة بعنوان “مراقبة نظام بأربعة نيوترونات حرة مرتبطة” والإعلان عن تأكيد تجريبي لرباعي النيوترونات. تعتبر نتائج التجربة إشارة إحصائية بخمس سيجما ، مما يشير إلى نتيجة مؤكدة مع احتمال واحد من 3.5 مليون أن النتيجة هي شذوذ إحصائي.

تم نشر التنبؤ النظري في 28 أكتوبر 2016 في خطابات الفحص البدنيبعنوان “التنبؤ برنين رباعي نيوترونات”. أندريه شيروكوف من معهد سكوبلتسين للفيزياء النووية بجامعة موسكو الحكومية في روسيا ، والذي كان باحثًا زائرًا في ولاية آيوا ، هو المؤلف الأول. فاري هو أحد المؤلفين المطابقين.

“هل يمكننا إنشاء نجم نيوتروني صغير على الأرض؟ تختلف بعنوان ملخص لمشروع رباعي النيوترونات. النجم النيوتروني هو ما يتبقى عندما ينفد وقود نجم ضخم وينهار في بنية نيوترونية فائقة الكثافة. رباعي النيوترون هو أيضًا هيكل نيوتروني ، متنوع مازحًا كونه “نجم نيوتروني قصير العمر وخفيف جدًا”.

رد فعل شخصي يختلف؟ قال: “لقد تخليت إلى حد كبير عن التجارب”. “لم أسمع أي شيء عنها أثناء الوباء. لقد كانت صدمة كبيرة. يا إلهي ، ها نحن هنا ، قد يكون لدينا بالفعل شيء جديد.”