Per comprendere l’energia nucleare potrebbe essere necessario un grande cambiamento

L’esperimento a quattro neutroni ha trovato prove di una particella a lungo cercata composta da quattro neutroni.

Mentre tutti i nuclei atomici, tranne l’idrogeno, sono costituiti da protoni e neutroni, i fisici sono alla ricerca di una particella composta da uno, tre o quattro neutroni da più di mezzo secolo. Gli esperimenti condotti da un team di fisici dell’Università tecnica di Monaco (TUM) nel laboratorio di accelerazione del campus di ricerca di Garching indicano che potrebbe essere presente una particella comprendente quattro neutroni legati.

Mentre i fisici nucleari concordano sul fatto che non ci sono sistemi nell’universo fatti solo di protoni, sono alla ricerca di particelle composte da due, tre o quattro neutroni da più di 50 anni.

All’acceleratore tandem Van de Graaff del laboratorio Maier-Leibnitz nel Garching Research Campus, un team di fisici dell’Università tecnica di Monaco (TUM) ha bombardato un bersaglio al litio-7 con un nucleo atomico di litio-7 che era stato accelerato a 12% della velocità della luce. Tutti i risultati delle misurazioni indicano che i loro esperimenti hanno prodotto il carbonio-10 e il tetraneutrone desiderati. Attestazione: Sonja Battenberg / TUM

Se una tale particella esiste, parti della teoria dell’interazione forte devono essere ripensate. Inoltre, studiare queste particelle in modo più dettagliato può aiutarci a comprendere meglio le proprietà delle stelle di neutroni.

“Una forte interazione è letteralmente la forza che tiene il mondo nel suo nucleo. Atomi più pesanti dell’idrogeno sarebbero inimmaginabili senza di essa”, afferma il dott. Thomas Westermann, che ha diretto gli esperimenti.

Tutto ora indica il fatto che proprio questi tipi di particelle sono stati creati in uno dei recenti esperimenti condotti presso l’ormai defunto acceleratore di particelle in tandem Van de Graaff presso il campus di ricerca di Garching.

All’acceleratore tandem Van de Graaff del laboratorio Maier-Leibnitz presso il campus di ricerca di Garching, un team di fisici dell’Università tecnica di Monaco (TUM) ha bombardato un bersaglio al litio-7 con un nucleo atomico di litio-7, accelerando al 12% la velocità della luce. Tutti i risultati delle misurazioni indicano che i loro esperimenti hanno prodotto il carbonio-10 e il tetraneutrone desiderati. Credito: Thomas Faestermann / TUM

La lunga ricerca di un tetraneutrone

20 anni fa, un gruppo di ricerca francese ha pubblicato misurazioni che hanno interpretato come una firma del tetraneutrone desiderato. Tuttavia, il lavoro successivo di altri gruppi ha mostrato che la metodologia utilizzata non poteva dimostrare l’esistenza di un tetraneutrone.

Nel 2016, un gruppo in Giappone ha tentato di produrre un tetraneutrone dall’elio-4 bombardandolo con un raggio di particelle radioattive di elio-8. Questa reazione dovrebbe produrre berillio-8. In effetti, sono stati in grado di rilevare quattro di questi atomi. Dai risultati della misurazione, i ricercatori hanno concluso che il tetraneutrone non era correlato e decadde rapidamente in quattro neutroni.

Il dottor Thomas Westermann al portello di accesso dell’acceleratore tandem Van de Graaff nel campus di ricerca di Garching. Qui, più di dieci milioni di volt hanno accelerato gli ioni di litio a circa il 12% della velocità della luce. Westermann e il suo team hanno bombardato un bersaglio al litio-7 con questi ioni di litio. Tutti i risultati delle misurazioni indicano che i loro esperimenti hanno prodotto il carbonio-10 e il tetraneutrone desiderati. Credito: Ole Benz / TUM

Nei loro esperimenti, Faestermann e il suo team hanno bombardato un bersaglio al litio-7 con particelle di litio-7 accelerate a circa il 12% della velocità della luce. Oltre al tetraneutrone, dovrebbe produrre carbonio 10. Infatti, i fisici sono riusciti a scoprire questa specie. La ripetizione ha confermato il risultato.

prove circostanziali

I risultati della misurazione del team corrispondevano alla firma attesa dal carbonio 10 nel suo primo stato eccitato e da un tetraneutrone legato di 0,42 megaelettronvolt (MeV). Secondo le misurazioni, il tetraneutrone sarà approssimativamente stabile quanto il neutrone stesso. Quindi decade per decadimento beta con un’emivita di 450 secondi. “Per noi, questa è l’unica spiegazione fisica ragionevole per i valori misurati a tutto tondo”, spiega il dott. Thomas Westermann.

Il Dr. Roman Gernhäuser, ricercatore presso il Dipartimento di Fisica dell’Università Tecnica di Monaco (TUM), è nella stanza bersaglio dell’acceleratore tandem Van de Graaff nel campus di Garching, dove gli ioni di litio hanno accelerato a circa il 12% la velocità del luce, colpendo il bersaglio del litio 7. Tutti i risultati delle misurazioni indicano che i loro esperimenti hanno prodotto il carbonio-10 e il tetraneutrone desiderati. Credito: Ole Benz / TUM

Dalle loro misurazioni, il team ha ottenuto una certezza di oltre il 99,7 percento, o 3 sigma. Ma in fisica, l’esistenza della particella è considerata in modo conclusivo solo una volta raggiunta la certezza del 5 sigma. Pertanto, i ricercatori sono ora in trepidante attesa di conferme indipendenti.

Riferimento: “Indicatori per un tetragono di neutroni legati” di Thomas Westermann, Andreas Bergmayer, Roman Gernhauser, Dominic Kohl e Mahmoud Mahgoub, 26 novembre 2021 Disponibile qui. Lettere di fisica B.
DOI: 10.1016 / j.physletb.2021.136799

Il Laboratorio Mayer-Leibnitz, con il suo acceleratore tandem Van de Graaf, è gestito congiuntamente dall’Università tecnica di Monaco e dall’Università Ludwig Maximilian di Monaco. La struttura è stata chiusa per motivi strutturali all’inizio del 2020. Tutti e cinque gli autori della pubblicazione sono laureati o dipendenti dell’Università tecnica di Monaco di Baviera.