중성자는 전하를 띠지 않는 아원자 입자로, 양전하를 띤 양성자와 결합하여 원자핵을 구성합니다.
개별 중성자는 불안정하며 몇 분 후에 양성자로 바뀝니다. 이중 및 삼중 중성자의 조합은 또한 물리학자들이 붕괴하기 전에 일시적으로 안정한 물질 상태인 공명이라고 부르는 것을 형성하지 않습니다.
사중성자란? 이론 물리학자들은 캘리포니아의 로렌스 국립 연구소(Lawrence National Laboratory) 슈퍼컴퓨터의 성능을 사용하여 4개의 중성자가 공명 상태를 형성할 수 있는 수명이 10억분의 10억분의 1초 미만인 3×10 -22초에 불과하다고 계산했습니다. 믿기 어렵지만 물리학자들이 정의합니다.
이론가들의 계산에 따르면 사중성자는 약 800만 전자볼트(고에너지 및 핵물리학에서 일반적인 측정 단위 - 가시광선의 에너지는 2~3전자볼트)의 에너지를 가져야 한다고 합니다.
계산은 또한 사중성자를 나타내는 플롯된 에너지 버스트의 폭이 약 140만 전자 볼트임을 보여주었습니다. 이론가들은 에너지가 070만에서 100만 전자볼트 범위에 있을 가능성이 있는 반면 너비는 110만에서 170만 전자볼트 사이일 것이라는 후속 연구를 발표했습니다. 이러한 민감도는 중성자 사이의 상호작용에 대한 다양한 후보를 수용함으로써 생겨났습니다.
네이처 저널에 최근 게재된 논문에 따르면 일본 와코에 있는 RIKEN 연구소의 방사성 동위원소 빔 생산 실험에서 사중성자의 에너지와 너비가 각각 약 240만 전자볼트와 180만 전자볼트인 것으로 나타났습니다. 둘 다 이론적인 결과보다 크지만 과학자들은 현재 이론과 실험 결과의 불확실성이 이러한 차이를 모호하게 할 수 있다고 말합니다.
사중성자는 수명이 너무 짧아 붕괴되기 전에 특성을 측정할 수 있다는 점이 핵물리학계에 큰 충격이라고 연구원들은 말했다. 이것은 매우 이국적인 시스템입니다.
사실 이것은 완전히 새로운 상태의 물질입니다. 수명이 짧지만 가능성을 나타냅니다. 2~3개를 연결하면 어떻게 될까요? 더 많은 안정성을 얻을 수 있습니까?
사중성자를 찾기 위한 실험은 2002년에 시작되었는데, 이때 원소 중 하나인 베릴륨이라는 금속을 포함하는 일부 반응의 구조가 제안되었습니다. RIKEN 팀은 2016년에 발표된 실험 결과에서 사중성자의 힌트를 발견했습니다.
사중성자는 핵 지도의 두 번째 무전하 요소로만 중성자와 합류합니다. 이것은 중성자 사이의 강한 상호작용 이론을 위한 귀중한 새로운 플랫폼을 제공합니다.
TU 다름슈타트 핵 물리학 연구소의 Meital Duer는 사중성자의 존재에 대한 실험적 확인을 발표한 Observation of a Correlated Free Four-Neutron System이라는 제목의 Nature 논문의 교신 저자입니다.
실험 결과는 5-시그마 통계 신호로 간주되며, 최종 발견이 350만 분의 1의 확률로 통계적 이상임을 나타냅니다.
"지구에 작은 중성자별을 만들 수 있을까?" 과학자들은 묻습니다. 중성자별은 무거운 별이 연료를 다 써버리고 초밀도 중성자 구조로 붕괴될 때 남은 것입니다. 사중성자는 또한 중성자 구조로, 물리학자들은 이를 "단명하고 매우 가벼운 중성자별"이라고 부릅니다.
이번 연구는 네이처 저널에 게재됐다.
2022-06-25 19:06:08
작가: Vitalii Babkin