Попытки обнаружения тетранейтрона

2025-03-11 11:03:15 phys.org/news">phys.org/news

Исследователи из Токийского технологического института изучили потенциальную возможность испускания стабильного тетранейтрона — четырехнейтронной системы, существование которой давно обсуждается в научном сообществе. Ученые исследовали эмиссию тетранейтронов при делении $$^{235}\text{U}$$ тепловыми нейтронами, облучив образец $$^{88}\text{SrCO}_{3}$$ в ядерном исследовательском реакторе и проанализировав его с помощью $$\gamma$$ -рентгеновской спектроскопии.

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 состояниях. Однако теоретические исследования показывают, что тетранейтроны не могут существовать в связанном состоянии, если только взаимодействия между нейтронами регулируются нашим общим пониманием ядерных сил.

"Хорошо известно, что в подавляющем числе случаев при делении $$^{235}\text{U}$$ тепловыми нейтронами образуется два тяжелых ядерных фрагмента и в среднем $$2,4$$ нейтрона. Но существует $$0,2$$ % вероятность тройного деления, при котором испускаются легкие ядерные фрагменты. Мы предположили, что гипотетически связанный тетранейтрон может быть одним из трех осколков деления урана", — объясняет доктор Фудзиока.

Команда использовала хорошо известный метод активационного анализа, при котором элемент в выбранном образце облучается и активируется захватом тепловых нейтронов. Для данного исследования в качестве целевого образца был выбран $$^{88}\text{SrCO}_{3}$$ , который облучался в течение двух часов при тепловой мощности $$5$$ МВт в исследовательском ядерном реакторе. Команда также провела $$\gamma$$ -спектроскопию облученного образца, чтобы обнаружить сигналы, соответствующие возможной эмиссии тетранейтронов.

Ожидалось, что ядра $$^{88}\text{Sr}$$ превратятся в $$^{91}\text{Sr}$$ в результате тетранейтронно-индуцированной $$(4n,n)$$ реакции. Поскольку $$^{91}\text{Sr}$$ нестабилен ( $$\beta$$ -распад), его радиоактивный распад с последующим испусканием $$\gamma$$ -лучей указывает на испускание стабильных тетранейтронов.

Однако результаты γ-спектроскопии для образца $$^{88}\text{Sr}$$ , подвергшегося облучению, не показали никакого фотопика, соответствующего образованию $$^{91}\text{Sr}$$ . Исходя из этого, команда предположила, что если стабильные тетранейтроны существуют, то их интенсивность излучения может быть меньше $$8\cdot 10^{-7}$$ на деление при $$95$$ % доверительном уровне. Они также предположили, что улучшение чистоты образцов и повышение чувствительности экспериментов может помочь в обнаружении сигналов, возникающих от тетранейтронов.

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

Search for particle-stable tetraneutrons in thermal fission of 235U, Hiroyuki Fujioka, Ryutaro Tomomatsu, and Koichi Takamiya Phys. Rev. C 108, 054004 – Published 22 November 2023