매우 짧게 "공명"으로 형성되는 사중성자라고 불리는 5개의 중성자 입자는 중성자가 풍부한 핵을 양성자와 충돌시킨 연구자에 의해 일본에서 관찰되었습니다. 검출은 XNUMXσ보다 큰 통계적 유의성에서 이루어졌으며 입자 물리학의 발견을 위한 임계값을 초과했습니다. 이것은 전하를 띠지 않은 핵 물질이 존재할 수 있는지 여부에 대한 오랜 질문에 결정적으로 답을 주고, 더 이색적이고 잠재적으로 더 오래 지속되는 중성 입자에 대한 검색을 유도할 것입니다.
자유 중성자는 약 15분 내에 약한 상호 작용을 통해 양성자, 전자 및 반중성미자로 붕괴됩니다. 그러나 결합 시스템의 중성자는 특정 조건에서 붕괴되지 않습니다. 예를 들어 원자핵에서 중성자는 강한 핵력에 의해 안정적으로 유지됩니다. 중성자 별은 구성 중성자에 대한 강한 중력의 영향으로 안정적입니다. 결과적으로 물리학자들은 중성자로만 구성된 핵과 같은 입자가 비록 일시적일지라도 존재할 수 있는지 수십 년 동안 궁금해했습니다.
이러한 가장 단순한 입자는 20개의 중성자로 구성된 이중성자이지만 계산에 따르면 이것이 결합되지 않을 것이라고 합니다. 그러나 이중성자 형성과 관련된 잠재적인 에너지 증가는 약간만 있습니다. 이것은 물리학자들이 2002중성자 및 14중성자와 같은 더 복잡한 입자를 찾도록 장려했습니다. 특히 방사성 이온 빔으로 표적을 공격하는 기술이 XNUMX세기 말에 개발되었기 때문입니다. XNUMX년에 프랑스와 다른 곳의 연구원들은 베릴륨-XNUMX 충돌에서 사중성자의 명백한 신호를 보고했습니다. 그러나 이후의 여러 이론적 분석에 따르면 구속된 사중성자 연구자는 잘 정립된 실험 결과와 일치하지 않는 방식으로 물리 법칙을 수정해야 한다고 제안했습니다.
부러진 스프링
그러나 계산은 준안정 "공진" 사중성자 상태가 존재할 수 있는 가능성을 열어두었습니다. 이러한 상태는 입자가 분리된 구성 요소보다 높은 에너지를 갖지만 강력한 강력한 핵력이 입자가 분리되는 것을 순간적으로 방해할 때 발생합니다. 제임스 바리 미국 아이오와 주립 대학의 교수는 다음과 같은 비유를 제공합니다. “XNUMX개의 입자를 위해서는 총 XNUMX개의 스프링이 필요합니다. 양자는 기계적으로 모든 곳에서 진동하고 있으며 시스템에 저장된 에너지는 실제로 양수입니다. 스프링이 부러지면(자발적으로 발생할 수 있음) 날아가서 진동에 저장된 에너지를 방출합니다.”
2016 년 연구진은 RIKEN 니시나 센터 일본과 다른 곳에서는 알려진 가장 중성자가 풍부한 결합 동위원소인 헬륨-8 빔을 헬륨-4 표적과 충돌시킬 때 사중성자 같은 공명 상태에 대한 잠정적 증거를 보고했습니다. 때때로 헬륨-4는 두 개의 파이온을 헬륨-8과 교환하여 베릴륨-8을 생성하고 헬륨-4를 사중성자로 변환했습니다. 베릴륨-8 핵은 두 개의 헬륨-4 핵으로 붕괴되어 사중성자의 에너지를 재구성하는 데 사용되었습니다. 이러한 결과는 추정된 사중성자의 특성과 일치했지만 데이터의 양과 정밀도가 낮았다. 스테파노스 파스칼리스 영국 요크 대학교(University of York)의 연구원은 "XNUMX개의 계수로 이루어진 해당 신호를 기반으로 커뮤니티의 많은 부분이 사중성자 공명 상태의 존재에 대해 회의적이었습니다"라고 설명합니다.
보다 직접적인 접근
새로운 연구에서 Paschalis와 동료들은 RIKEN Nishina Centre의 방사성 이온빔 공장 헬륨-8을 액체 수소로 쏘아 원자를 양성자에서 산란시킵니다. "헬륨-8은 매우 잘 정의된 알파 입자(헬륨-4) 코어를 가지고 있으며, 그 다음 주위를 날아다니는 XNUMX개의 다른 중성자를 가지고 있습니다."라고 Paschalis는 설명합니다. "우리의 양성자를 사용하여 갑자기 이 알파 입자를 제거한 다음 XNUMX개의 중성자를 동일한 구성으로 둡니다."
연구원들은 8회의 동시 검출에서 들어오는 헬륨-4, 산란된 양성자 및 헬륨-422 핵의 운동량을 기록하고 누락된 에너지를 표시했습니다. 그들은 약 2 MeV로 결합되지 않은 입자를 나타내는 XNUMX 바로 위의 잘 정의된 피크를 관찰했습니다. "이 신호가 통계적으로 유의미하다는 것은 의심의 여지가 없으며 우리는 이를 이해해야 합니다."라고 Paschalis는 말합니다.
독일에서 가상의 성단을 엿볼 때 사중성자에 대한 증거가 늘어남
연구에 참여하지 않은 Vary는 세 가지 이유로 이 작업을 "매우 중요"하다고 설명합니다. “이 [관찰]은 매우 좋은 통계를 가지고 있으며, 내 생각에는 발견을 주장하는 것이 완전히 타당합니다. 두 번째는 에너지를 매우 정밀하게 측정한다는 것이고, 세 번째는 공진의 폭을 측정하여 수명을 제공한다는 것입니다. 이론이 계산하고 실험과 비교할 수 있는 양입니다.” 그는 연구자들이 이제 훨씬 더 이국적인 상태를 찾을 것이라고 말했습니다. “XNUMX개의 중성자는 어떻습니까? XNUMX개의 중성자는 어떻습니까? 공명 상태를 형성할 수 있습니까? 아니면 약한 상호 작용을 통해 붕괴되는 더 오래 지속되는 결합 상태를 형성할 수 있습니까?”
Paschalis는 연구원들이 이미 발견한 입자의 구조를 더 자세히 조사할 뿐만 아니라 이것을 탐구할 계획이라고 말했습니다.
연구는 다음에 설명되어 있습니다. 자연.
