Physical Review C: Ученые заложили базу для изучения неуловимых тетранейтронов

Тетранейтрон — неуловимое атомное ядро, состоящее из четырех нейтронов, существование которого вызывает множество споров среди ученых.

В первую очередь это связано с отсутствием у нас знаний о системах, состоящих только из нейтронов, поскольку большинство атомных ядер обычно состоят из комбинации протонов и нейтронов. Ученые считают, что экспериментальное наблюдение тетранейтрона может стать ключом к изучению новых свойств атомных ядер и ответу на извечный вопрос — может ли вообще существовать зарядово-нейтральная мультинейтронная система.

Два недавних экспериментальных исследования сообщили о присутствии тетранейтронов в связанном и резонансном состоянии (состояние, которое распадается со временем, но живет достаточно долго, чтобы быть обнаруженным экспериментально). Однако теоретические исследования показывают, что тетранейтроны не будут существовать в связанном состоянии, если взаимодействия между нейтронами регулируются нашим общим пониманием ядерных сил двух или трех тел.

Заинтригованная, группа исследователей под руководством доцента Хироюки Фудзиока из Токийского технологического института задалась целью изучить возможность испускания связанных тетранейтронов. В своем недавнем исследовании, опубликованном в журнале Physical Review C, команда изучила возможную скорость испускания стабильного к частицам тетранейтрона в результате индуцированного тепловыми нейтронами деления ²³⁵U (уран-235) в ядерном реакторе.

Из предыдущей литературы нам известно, что доминирующим процессом термического деления для ²³⁵U является бинарное деление, которое приводит к выбросу двух тяжелых ядерных осколков вместе с 2,4 нейтронами в среднем. Но существует 0,2% вероятность троичного деления, при котором испускаются легкие ядерные фрагменты. Поэтому мы выбрали этот путь для нашего эксперимента, предположив, что гипотетически связанный тетранейтрон может быть тройной частицей при делении урана, — объясняет доктор Фудзиока.

Команда использовала хорошо известный метод инструментального нейтронно-активационного анализа, при котором микроэлемент в выбранном образце облучается и активируется захватом тепловых нейтронов. Для данного исследования в качестве целевого образца был выбран ⁸⁸SrCO₃, который облучался в течение двух часов при тепловой мощности 5 МВт в исследовательском ядерном реакторе. Команда также провела γ-спектроскопию облученного образца, чтобы обнаружить сигналы, соответствующие возможной эмиссии тетранейтронов.

Ожидалось, что ядра ⁸⁸Sr превратятся в ⁹¹Sr со значением Q (изменение массы между начальным и конечным состояниями реакции, выраженное в единицах энергии) 20 МэВ минус энергия связи тетранейтрона. Поскольку ⁹¹Sr нестабилен, его радиоактивный распад с последующим испусканием γ-лучей указывает на испускание стабильных тетранейтронов.

Однако результаты спектроскопии γ-лучей для облученного образца ⁸⁸Sr не показали никакого фотопика, соответствующего образованию ⁹¹Sr. Исходя из этого, команда предположила, что если стабильные тетранейтроны существуют, то скорость их испускания может быть ниже 8 × 10^-7 на деление при доверительном уровне 95%. Они также предположили, что улучшение чистоты образцов и повышение чувствительности экспериментов может помочь в обнаружении тонких сигналов, возникающих от тетранейтронов.

Доктор Фудзиока заключает:

Наше исследование показало, что инструментальный метод активации нейтронов в радиохимии может быть применен для решения открытого вопроса в ядерной физике. Мы будем и дальше улучшать чувствительность, чтобы найти неуловимую зарядово-нейтральную систему.

Хотя команде не удалось обнаружить связанные тетранейтроны, их работа заложила прочную основу для будущих исследований неуловимых тетранейтронов и других подобных систем.

04.01.2024