Физики МГУ предсказали существование тетранейтрона
В результате столкновения в эксперименте a-частица выбивалась из 8Не, оставляя систему из 4 нейтронов, или тетранейтрон
© Андрей Широков, МГУ имени М.В. Ломоносова
Ученый МГУ имени М.В. Ломоносова и его коллеги, используя новое взаимодействие между нейтронами, теоретически обосновали полученное в эксперименте низкое значение энергии тетранейтронного резонанса. Это доказывает возможность существования частицы, состоящей из четырех нейтронов, но в течение очень короткого времени. Согласно расчетам, время жизни тетранейтрона составляет 5×10-22 сек. С результатами работы можно ознакомиться в журнале Physical Review Letters.
Нейтрон живет около 15 минут перед тем, как распадается на протон, электрон и антинейтрино. Известна также стабильная система, состоящая из огромного числа нейтронов, — нейтронная звезда. Целью ученых было выяснить, существуют ли какие-то другие, хотя бы короткоживущие системы, состоящие только из нейтронов.
Система из двух нейтронов не образует даже короткоживущих состояний, то же самое относится и к системе из трех нейтронов. В 2002 году группа французских исследователей в эксперименте на Большом национальном ускорителе тяжелых ионов (Grand accélérateur national d’ions lourds — GANIL) в Кане обнаружила шесть событий, которые могли бы трактоваться как образование тетранейтрона — системы из четырех нейтронов. Однако воспроизвести этот эксперимент не удалось, и некоторые исследователи придерживаются мнения, что в нем использовался некорректный анализ данных.
Новый этап поисков тетранейтрона проводится на Фабрике радиоактивных ионов в японском институте RIKEN, где научились создавать хороший пучок ядер 8Не. Ядро 8Не состоит из a-частицы (ядра 4Не) и окружающих ее четырех нейтронов. Заявки на проведение экспериментов по поиску тетранейтрона были поданы сразу несколькими группами ученых из разных стран. По результатам первого из экспериментов было обнаружено четыре события, которые интерпретируются как короткоживущее резонансное состояние тетранейтрона. Этот эксперимент продолжается.
В своей статье ученый МГУ имени М.В. Ломоносова и его коллеги привели теоретические оценки энергии резонансного состояния тетранейтрона и его времени жизни. Они помогали в подготовке одного из экспериментов по поиску тетранейтрона, когда с просьбой обратилась группа экспериментаторов из Германии.
Полученные результаты для энергии тетранейтронного резонанса 0.84 МэВ прекрасно согласуются с данными японского эксперимента 0.83 МэВ, которые, впрочем, характеризуются большой погрешностью (примерно ±2 МэВ). Для ширины резонансного состояния тетранейтрона рассчитано значение 1.4 МэВ, что соответствует времени его жизни примерно 5×10-22 сек.
«Такие оценки были проведены нами в разных моделях, и соответствующие результаты легли в основу заявки на эксперимент. После этого был тщательно разработан теоретический подход и проведены многочисленные расчеты на суперкомпьютерах, результаты которых и опубликованы в нашей статье в Physical Review Letters», — говорит Андрей Широков, первый автор статьи.
«Отметим, что до нас ни в одной теоретической работе не предсказывалось существование резонансного состояния тетранейтрона при таких низких энергиях, порядка 1 МэВ», — продолжает Андрей Широков.
Возможно, это связано с тем, что ученые разработали новый теоретический подход к исследованию резонансных состояний в ядерных системах, который был апробирован на более простых задачах и затем применен к исследованию тетранейтрона с учетом специфики распада этой системы на четыре частицы.
«Однако возможна и другая причина, связанная с тем, что мы использовали новое взаимодействие между нейтронами, разработанное в нашей группе. Исследования эти будут продолжены, мы проведем расчеты с другими, более традиционными взаимодействиями, а наши французские коллеги намерены изучить тетранейтрон с нашим взаимодействием в их подходе. Ну и, конечно, с огромным интересом ожидаются результаты новых экспериментов по поиску тетранейтрона», — заключает Андрей Широков.
Исследования проводились большой интернациональной группой теоретиков, где со стороны России участвовали ученые не только из МГУ имени М.В. Ломоносова, но и из Тихоокеанского государственного университета (город Хабаровск), а также коллеги из США и Германии. В дальнейшем в работы включатся ученые из Южной Кореи.
Пресс-релизы о научных исследованиях, информацию о последних вышедших научных статьях и анонсы конференций, а также данные о выигранных грантах и премиях присылайте на адрес science@indicator.ru.