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

كان جيمس فاري ينتظر تجارب الفيزياء النووية لتأكيد حقيقة “رباعي النيوترونات” الذي وضع نظريًا وتوقعه وأعلن عنه هو وزملاؤه خلال عرض تقديمي في صيف عام 2014 ، تلاه ورقة بحثية في خريف عام 2016.

قال فاري ، أستاذ الفيزياء وعلم الفلك بجامعة ولاية آيوا: “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 صدى، في ذلك اليوم بالنسبة لـ Vary وفريق دولي من المنظرين موجود الآن.

إن الاكتشاف التجريبي الذي أُعلن عنه للتو لرباعيتروترون من قبل مجموعة دولية بقيادة باحثين من جامعة دارمشتات التقنية الألمانية يفتح الأبواب أمام بحث جديد ويمكن أن يؤدي إلى فهم أفضل لكيفية تجميع الكون معًا. يمكن أن يكون لهذه الحالة الجديدة والغريبة للمادة أيضًا خصائص مفيدة في التقنيات الحالية أو الناشئة.

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

أدخل رباعيوترون. باستخدام قوة الحوسبة الفائقة في 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 ، لكن هذا طويل بما يكفي ليقوم الفيزيائيون بدراسته.

تقول حسابات المنظرين أن رباعيوترون يجب أن يكون له طاقة حوالي 0.8 مليون إلكترون فولت (وحدة قياس شائعة في الفيزياء النووية والطاقة العالية – الضوء المرئي له طاقات من حوالي 2 إلى 3 إلكترون فولت.) كما ذكرت الحسابات العرض من ارتفاع الطاقة المخطط الذي يظهر أن رباعيترون سيكون حوالي 1.4 مليون إلكترون فولت. نشر المنظرون دراسات لاحقة أشارت إلى أن الطاقة ستقع 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.

ورقة منشورة للتو في المجلة طبيعة سجية تشير التقارير إلى أن التجارب التي أجريت في مصنع إشعاع النظائر المشعة في معهد أبحاث RIKEN في واكو باليابان ، وجدت أن طاقة وعرض رباعيترونترون يبلغان حوالي 2.4 و 1.8 مليون إلكترون فولت على التوالي. كلاهما أكبر من نتائج النظرية ولكن فاري قال إن عدم اليقين في النتائج النظرية والتجريبية الحالية يمكن أن يغطي هذه الاختلافات.

قال فاري: “عمر رباعيترون قصير ، إنها صدمة كبيرة جدًا لعالم الفيزياء النووية بحيث يمكن قياس خصائصها قبل أن تتفتت”. “إنه نظام غريب للغاية.”

إنه ، في الواقع ، “جديد تمامًا حالة المادةقال “لم يدم طويلا ، لكنه يشير إلى الاحتمالات. ماذا يحدث إذا جمعت اثنين أو ثلاثة من هؤلاء معًا؟ هل يمكنك الحصول على مزيد من الاستقرار؟ “

بدأت التجارب التي تحاول العثور على رباعيترون في عام 2002 عندما تم اقتراح الهيكل في تفاعلات معينة تتضمن أحد العناصر ، وهو معدن يسمى البريليوم. وجد فريق في RIKEN تلميحات عن رباعيترون في النتائج التجريبية المنشورة في عام 2016.

كتب فاري في ملخص المشروع: “سوف ينضم رباعيترونترون إلى النيوترون باعتباره العنصر الثاني فقط في الرسم البياني النووي”. هذا “يوفر منصة جديدة قيمة لنظريات التفاعلات القوية بين النيوترونات.”

ميتال دور من معهد الفيزياء النووية في الجامعة التقنية في دارمشتات هو المؤلف المقابل لكتاب طبيعة سجية ورقة بعنوان “مراقبة نظام رباعي النيوترونات حرة مرتبطة” والإعلان عن تأكيد تجريبي لرباعي النيوترونات. تعتبر نتائج التجربة إشارة إحصائية خماسية سيجما ، مما يدل على اكتشاف نهائي مع احتمال واحد من كل 3.5 مليون أن النتيجة هي شذوذ إحصائي.

تم نشر التنبؤ النظري في 28 أكتوبر 2016 في خطابات المراجعة الماديةبعنوان “توقع لرنين رباعي النيوترونات”. أندريه شيروكوف من معهد سكوبلتسين للفيزياء النووية بجامعة موسكو الحكومية في روسيا ، والذي كان عالمًا 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. رباعيترون هو أيضًا هيكل نيوتروني ، أحد المزاحين المتنوعة هو “نجم نيوتروني قصير العمر وخفيف جدًا.”

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