Fysikere demonstrerer eksistensen af ​​en ny subatomær struktur

Iowa State University -forskere har hjulpet med at demonstrere eksistensen af ​​en subatomær struktur, der engang troede usandsynligt at eksistere.

James Vary, professor i fysik og astronomi, og Andrey Shirokov, en gæsteforsker, sammen med et internationalt team, brugte sofistikerede supercomputersimuleringer til at vise den kvasi-stabile eksistens af en tetraneutron, en struktur bestående af fire neutroner (subatomære partikler uden ladning).

Det nye fund blev offentliggjort i Fysisk gennemgangsbreve , en publikation fra American Physical Society, den 28. oktober.

På egen hånd, neutroner er meget ustabile og omdannes til protoner - positivt ladede subatomære partikler - efter ti minutter. Grupper på to eller tre neutroner danner ikke en stabil struktur, men de nye simuleringer i denne forskning viser, at fire neutroner tilsammen kan danne en resonans, en struktur stabil i et tidsrum, før den forfalder.

For tetraneutronen, denne levetid er kun 5 × 10^(-22) sekunder (en lille brøkdel af en milliarddel af et nanosekund). Selvom denne tid virker meget kort, det er længe nok at studere, og giver en ny vej til at udforske de stærke kræfter mellem neutroner.

"Dette åbner op for en helt ny forskningslinje, "Vary sagde." At studere tetraneutronet vil hjælpe os med at forstå interneutronstyrker, herunder tidligere uudforskede funktioner i de ustabile to-neutron- og tre-neutronsystemer. "

De avancerede simuleringer, der demonstrerer tetraneutronen, bekræfter det første observationsbevis for tetraneutronen tidligere på året i et forsøg udført på RIKEN Radioactive Ion Beam Factory (RIBF), i Saitama, Japan. Tetraneutronstrukturen er blevet søgt i 40 år med få beviser for dens eksistens, indtil nu. Egenskaberne forudsagt af beregningerne i simuleringerne var i overensstemmelse med de observerede egenskaber fra forsøget i Japan.

Forskningen i Japan brugte en stråle af Helium-8, Helium med 4 ekstra neutroner, kolliderer med et almindeligt Helium-4-atom. Kollisionen bryder Helium-8 op i en anden Helium-4 og en tetraneutron i sin korte resonanstilstand, før det, også, går i stykker, danner fire ensomme neutroner.

"Vi ved, at yderligere forsøg med topmoderne faciliteter er under forberedelse med det formål at få præcise egenskaber ved tetraneutronen, "Vary sagde." Vi leverer vores state-of-the-art forudsigelser for at hjælpe med at guide disse eksperimenter. "

Eksistensen af ​​tetraneutronen, en gang bekræftet og forfinet, vil tilføje en interessant ny post og hul til diagrammet over nuklider, en graf, der repræsenterer alle kendte kerner og deres isotoper, eller kerner med et andet antal neutroner. Ligner det periodiske system, som organiserer elementernes kemiske adfærd, nukliddiagrammet repræsenterer elementernes radioaktive adfærd og deres isotoper. Mens de fleste kerner tilføjer eller trækker neutroner ad gangen, denne forskning viser, at en neutron i sig selv vil have et hul mellem en enkelt neutron og en tetraneutron.

Den eneste anden kendte neutronstruktur er en neutronstjerne, små, men tætte stjerner, der menes at være næsten udelukkende lavet af neutroner. Disse stjerner er måske kun omkring syv miles i radius, men har en masse, der ligner vores sols masse. Neutronstjerner har neutroner i størrelsesordenen 10^57. Yderligere forskning kan undersøge, om der er andre antal neutroner, der danner en stabil resonans langs vejen til at nå størrelsen af ​​en neutronstjerne.