9 8 月, 2022

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对核电的理解可能需要重大改变

四中子实验发现了一个由四个中子组成的长期寻找粒子的证据。

虽然除氢外的所有原子核都由质子和中子组成,但半个多世纪以来,物理学家一直在寻找由一个、三个或四个中子组成的粒子。 慕尼黑工业大学 (TUM) 的一组物理学家在 Garching 研究园区的加速器实验室进行的实验表明,可能存在包含四个束缚中子的粒子。

虽然核物理学家同意宇宙中不存在仅由质子构成的系统,但他们已经在 50 多年来一直在寻找由两个、三个或四个中子组成的粒子。

四中子印象

在 Garching Research Campus 的 Maier-Leibnitz 实验室的 Van de Graaff 串联加速器上,慕尼黑工业大学 (TUM) 的一组物理学家用已加速到光速的 12%。 所有测量结果都表明他们的实验产生了所需的碳 10 和四中子。 图片来源:Sonja Battenberg / TUM

如果存在这样的粒子,则必须重新思考强相互作用理论的部分内容。 此外,更详细地研究这些粒子可以帮助我们更好地了解中子星的特性。

“强相互作用实际上是将世界置于核心的力量。没有它,比氢重的原子是不可想象的,”指导实验的托马斯·韦斯特曼博士说。

现在一切都表明,这些类型的粒子正是在加兴研究园区现已解散的范德格拉夫串联粒子加速器最近进行的一项实验中产生的。

核四中子反应

在加兴研究园区迈尔-莱布尼茨实验室的范德格拉夫串联加速器中,慕尼黑工业大学 (TUM) 的一组物理学家用锂 7 原子核轰击锂 7 目标,加速到 12%光的速度。 所有测量结果都表明他们的实验产生了所需的碳 10 和四中子。 图片来源:Thomas Faestermann / TUM

长期寻找四中子

20 年前,一个法国研究小组发表了测量结果,他们将这些测量结果解释为所需四中子的特征。 然而,其他小组随后的工作表明,所使用的方法无法证明四中子的存在。

2016 年,日本的一个小组试图通过用一束放射性氦 8 粒子束轰击氦 4 来生产四中子。 该反应应生成铍 8。 事实上,他们能够探测到四个这样的原子。 根据测量结果,研究人员得出结论,四中子是不相关的,并迅速衰变回四个中子。

托马斯·韦斯特曼

加兴研究园区范德格拉夫串联加速器入口舱口处的 Thomas Westermann 博士。 在这里,超过一千万伏的电压将锂离子加速到光速的 12% 左右。 Westermann 和他的团队用这些锂离子轰击了锂 7 目标。 所有测量结果都表明他们的实验产生了所需的碳 10 和四中子。 图片来源:Ole Benz / TUM

在他们的实验中,Faestermann 和他的团队用加速到光速约 12% 的锂 7 粒子轰击锂 7 目标。 除了四中子,它应该产生碳10。确实,物理学家已经成功地发现了这个物种。 反复确认了结果。

旁证

该团队的测量结果与碳 10 的第一激发态和 0.42 兆电子伏 (MeV) 的束缚四中子的预期特征相匹配。 根据测量结果,四中子将大致与中子本身一样稳定。 然后它通过β衰变衰变,半衰期为 450 秒。 “对我们来说,这是对全方位测量值唯一合理的物理解释,”Thomas Westermann 博士解释说。

罗曼·根豪瑟

慕尼黑工业大学 (TUM) 物理系研究员 Roman Gernhäuser 博士在 Garching 校区的 Van de Graaff 串联加速器的目标室中,那里的锂离子加速到速度的 12%轻,击中锂 7 目标。所有测量结果表明,他们的实验产生了所需的碳 10 和四中子。 图片来源:Ole Benz / TUM

根据他们的测量,该团队实现了超过 99.7% 或 3 西格玛的确定性。 但在物理学中,只有在达到 5 西格玛的确定性后,才能最终认为粒子的存在。 因此,研究人员现在急切地等待独立的确认。

参考:Thomas Westermann、Andreas Bergmayer、Roman Gernhauser、Dominic Kohl 和 Mahmoud Mahgoub 的“束缚中子四边形指标”,2021 年 11 月 26 日可在此处获得。 物理字母 B.
DOI:10.1016 / j.physletb.2021.136799

Mayer-Leibnitz 实验室及其 Van de Graaf 串联加速器由慕尼黑工业大学和慕尼黑路德维希马克西米利安大学共同运营。 该设施于 2020 年初因结构原因关闭。该出版物的所有五位作者都是慕尼黑工业大学的毕业生或雇员。

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