テトラニュートロンと呼ばれる、「共鳴」として非常に短時間で形成される5中性子粒子が、非常に中性子に富む原子核を陽子と衝突させた研究者によって日本で観察されました。 検出はXNUMXσを超える統計的有意性で行われ、素粒子物理学での発見のしきい値を超えました。 これは、非荷電核物質が存在できるかどうかという長年の質問に最終的に答え、よりエキゾチックな、そして潜在的に長寿命の中性粒子の探索を動機付けるでしょう。
自由中性子は、約15分で弱い相互作用を介して陽子、電子、反ニュートリノに崩壊します。 ただし、結合系の中性子は特定の条件下では崩壊しません。 たとえば、原子核では、強い核力によって中性子が安定します。 中性子星はまた、それらを構成する中性子に対する強い重力の影響のおかげで安定しています。 その結果、物理学者たちは何十年もの間、たとえ一瞬であっても、中性子だけでできた原子核のような粒子が存在するのではないかと考えてきました。
最も単純なそのような粒子は、20つの中性子を含むダイニュートロンですが、計算はこれが束縛されないことを示唆しています。 ただし、ダイニュートロン形成に関連する位置エネルギーの増加はわずかです。 これにより、物理学者は、特に放射性イオンビームでターゲットを攻撃する技術が2002世紀の終わりに開発されて以来、トリニュートロンやテトラニュートロンなどのより複雑な粒子を探すようになりました。 14年に、フランスや他の場所の研究者は、ベリリウム-XNUMXの衝突におけるテトラニュートロンの明らかな兆候を報告しました。 しかし、その後の複数の理論的分析は、束縛されたテトラニュートロン研究者に対応するために、確立された実験結果と矛盾するような方法で物理法則を修正する必要があることを示唆しました。
壊れた泉
ただし、計算では、準安定な「共鳴」テトラニュートロン状態が存在する可能性があります。 このような状態は、粒子が分離された成分よりも高いエネルギーを持っている場合に発生しますが、引力の強い核力が瞬間的に成分の分離を妨げます。 ジェームズ・ヴァリ 米国のアイオワ州立大学のアナロジーは次のように述べています。「私がこれらのXNUMXつの中性子を持っていて、それぞれがばねによって互いに接続されているとしましょう」と彼は説明します。 「XNUMXつのパーティクルの場合、合計XNUMXつのスプリングが必要です。 量子は機械的に至る所で振動しており、システムに蓄えられたエネルギーは実際には正です。 ばねが壊れた場合（これは自発的に発生する可能性があります）、ばねは離れて飛んでいき、それらの振動に蓄えられたエネルギーを放出します。」
2016年に、 仁科加速器科学センター 日本や他の場所では、ヘリウム8のビーム（既知の最も中性子が豊富な結合同位体）をヘリウム4ターゲットと衝突させたときのテトラニュートロンのような共鳴状態の暫定的な証拠が報告されました。 時折、ヘリウム4は8つのパイ中間子をヘリウム8と交換して、ベリリウム4を生成し、ヘリウム8をテトラニュートロンに変換しました。 その後、ベリリウム4原子核は、さらにXNUMXつのヘリウムXNUMX原子核に崩壊し、検出されてテトラニュートロンのエネルギーを再構築するために使用されました。 これらの結果は、テトラニュートロンの推定特性と一致していましたが、データの量と精度は低かったです。 ステファノスパシャリス 英国のヨーク大学の学部長は、「XNUMXカウントであったその信号に基づいて、コミュニティの大部分はテトラニュートロン共鳴状態の存在について懐疑的なままでした」と説明しています。
より直接的なアプローチ
新しい研究では、Paschalisらは、仁科加速器科学センターの 放射性イオンビームファクトリー ヘリウム-8を液体水素に放出し、それによって原子を陽子から散乱させます。 「ヘリウム8には、非常に明確に定義されたアルファ粒子（ヘリウム4）コアがあり、その後、他のXNUMXつの中性子が飛び回っています」とPaschalis氏は説明します。 「陽子を使って、このアルファ粒子を突然取り除き、XNUMXつの中性子を同じ構成のままにします。」
研究者らは、8の同時検出で、入ってくるヘリウム4、散乱した陽子、およびヘリウム422の原子核の運動量を記録し、失われたエネルギーをプロットしました。 彼らは、ゼロのすぐ上に明確に定義されたピークを観察しました。これは、粒子が約2MeVで束縛されていないことを示しています。 「この信号が統計的に有意であることは間違いありません。理解する必要があります」とPaschalis氏は言います。
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研究に関与していなかったVaryは、XNUMXつの理由からこの研究を「非常に重要」であると説明しています。 「この[観察]には非常に優れた統計があり、私の考えでは、発見を主張することは完全に有効です。 XNUMXつ目は、エネルギーを高精度で測定することです。XNUMXつ目は、共振の幅を測定することです。これにより、寿命が得られます。 これらは、理論が計算して実験と比較できる量です。」 彼は、研究者は今やさらにエキゾチックな状態を探すだろうと言います。 XNUMXつの中性子はどうですか？ それらは共鳴状態を形成することができますか、あるいは弱い相互作用を介して崩壊するより長寿命の束縛状態を形成することができますか？」
Paschalisは、研究者がこれを調査することを計画しているだけでなく、彼らがすでに見つけた粒子の構造をより詳細に調査することを計画していると言います。
研究はで説明されています 自然.
