Neutronen sind subatomare Teilchen ohne Ladung, die in Kombination mit positiv geladenen Protonen den Kern eines Atoms bilden.
Einzelne Neutronen sind instabil und werden nach wenigen Minuten zu Protonen. Kombinationen von Doppel- und Dreifachneutronen bilden auch nicht das, was Physiker Resonanz nennen, einen Zustand der Materie, der vor dem Zerfall vorübergehend stabil ist.
Was ist ein Tetraneutron? Unter Verwendung der Leistung eines Supercomputers im Lawrence National Laboratory in Kalifornien haben theoretische Physiker berechnet, dass vier Neutronen einen Resonanzzustand mit einer Lebensdauer von nur 3 × 10 -22 Sekunden bilden können, weniger als ein Milliardstel einer Milliardstel Sekunde. Kaum zu glauben, aber Physiker definieren es.
Berechnungen von Theoretikern besagen, dass das Tetraneutron eine Energie von etwa 0,8 Millionen Elektronenvolt haben sollte (eine in der Hochenergie- und Kernphysik übliche Maßeinheit – sichtbares Licht hat eine Energie von 2 bis 3 Elektronenvolt).
Berechnungen zeigten auch, dass die Breite des aufgetragenen Energiestoßes, der das Tetraneutron zeigt, etwa 1,4 Millionen Elektronenvolt betragen würde. Theoretiker haben nachfolgende Studien veröffentlicht, die gezeigt haben, dass die Energie wahrscheinlich im Bereich von 0,7 bis 1,0 Millionen Elektronenvolt liegt, während die Breite zwischen 1,1 und 1,7 Millionen Elektronenvolt liegen wird. Diese Empfindlichkeit ist aus der Akzeptanz verschiedener verfügbarer Kandidaten für die Wechselwirkung zwischen Neutronen entstanden.
Ein gerade in der Zeitschrift Nature veröffentlichter Artikel berichtet, dass Experimente zur Erzeugung radioaktiver Isotopenstrahlen am RIKEN-Forschungsinstitut in Wako, Japan, gezeigt haben, dass die Energie und Breite des Tetraneutrons etwa 2,4 bzw. 1,8 Millionen Elektronenvolt betragen. Sie sind beide größer als theoretische Ergebnisse, aber die Wissenschaftler sagen, dass Unsicherheiten in aktuellen theoretischen und experimentellen Ergebnissen diese Unterschiede verschleiern könnten.
Das Tetraneutron hat eine so kurze Lebensdauer, dass es für die Welt der Kernphysik ein ziemlicher Schock ist, dass seine Eigenschaften gemessen werden können, bevor es zerfällt, sagen die Forscher. Dies ist ein sehr exotisches System.
Tatsächlich ist dies ein völlig neuer Zustand der Materie. Sie ist kurzlebig, zeigt aber Möglichkeiten auf. Was passiert, wenn Sie zwei oder drei davon miteinander verbinden? Ist mehr Stabilität möglich?
Experimente zur Suche nach dem Tetraneutron begannen im Jahr 2002, als die Struktur einiger Reaktionen vorgeschlagen wurde, an denen eines der Elemente, ein Metall namens Beryllium, beteiligt ist. Das RIKEN-Team fand Hinweise auf ein Tetraneutron in experimentellen Ergebnissen, die 2016 veröffentlicht wurden.
Das Tetraneutron wird sich dem Neutron nur als zweites ladungsloses Element der Kernkarte anschließen. Dies bietet eine wertvolle neue Plattform für Theorien starker Wechselwirkungen zwischen Neutronen.
Meital Duer vom Institut für Kernphysik der TU Darmstadt ist der korrespondierende Autor eines Artikels in Nature mit dem Titel Observation of a Correlated Free Four-Neutron System, in dem die experimentelle Bestätigung der Existenz des Tetraneutrons angekündigt wird.
Die Ergebnisse des Experiments werden als statistisches Fünf-Sigma-Signal betrachtet, das eine endgültige Entdeckung mit einer Wahrscheinlichkeit von 1 zu 3,5 Millionen anzeigt, dass es sich bei dem Fund um eine statistische Anomalie handelt.
"Können wir einen kleinen Neutronenstern auf der Erde erschaffen?" Wissenschaftler fragen. Ein Neutronenstern ist das, was übrig bleibt, wenn einem massereichen Stern der Brennstoff ausgeht und er zu einer superdichten Neutronenstruktur zusammenbricht. Das Tetraneutron ist auch eine Neutronenstruktur, die Physiker als "kurzlebiger, sehr leichter Neutronenstern" bezeichnen.
Die Studie wurde in der Fachzeitschrift Nature veröffentlicht.
2022-06-25 19:06:08
Autor: Vitalii Babkin