تم التحقيق في معدل الانبعاث المحتمل لرباعي النيوترونات المستقر بالجسيمات، وهو نظام رباعي النيوترونات كان وجوده محل نقاش طويل داخل المجتمع العلمي، من قبل باحثين من طوكيو للتكنولوجيا. لقد بحثوا في انبعاث رباعي النيوترونات من الانشطار الحراري 235U عن طريق تشعيع عينة من 88شركة SrCO3 في مفاعل الأبحاث النووية وتحليلها عن طريق التحليل الطيفي لأشعة جاما.
رباعي النيوترونات هو نواة ذرية مراوغة تتكون من أربعة نيوترونات، وقد أثار وجودها جدلاً كبيرًا من قبل العلماء. ينبع هذا في المقام الأول من افتقارنا إلى المعرفة حول الأنظمة التي تتكون من النيوترونات فقط، حيث أن معظم النوى الذرية عادة ما تتكون من مزيج من البروتونات والنيوترونات. يعتقد العلماء أن المراقبة التجريبية لرباعي النيوترونات يمكن أن تكون المفتاح لاستكشاف خصائص جديدة للنوى الذرية والإجابة على السؤال القديم: هل يمكن أن يوجد نظام متعدد النيوترونات محايد الشحنة على الإطلاق؟
أفادت دراستان تجريبيتان حديثتان عن وجود رباعي النيوترونات في حالة الارتباط وحالة الرنين (وهي حالة تضمحل مع مرور الوقت ولكنها تعيش لفترة كافية ليتم اكتشافها تجريبيًا). ومع ذلك، تشير الدراسات النظرية إلى أن النيوترونات الرباعية لن توجد في حالة مقيدة إذا كانت التفاعلات بين النيوترونات محكومًا بفهمنا المشترك للقوى النووية المكونة من جسمين أو ثلاثة أجسام.
أثار اهتمام فريق من الباحثين بقيادة البروفيسور المشارك هيرويوكي فوجيوكا من معهد طوكيو تكنولوجيا المبينة للتحقيق في جدوى انبعاث رباعي النيوترونات المقيد. وفي دراستهم الأخيرة المنشورة في مراجعة البدنية ج، اكتشف الفريق معدل الانبعاث المحتمل لرباعي النيوترونات المستقر بالجسيمات عبر الانشطار الحراري الناجم عن النيوترونات 235يو (اليورانيوم 235) في مفاعل نووي.
"نحن ندرك من الأدبيات السابقة أن عملية الانشطار الحراري السائدة 235U هو الانشطار الثنائي، الذي يؤدي إلى انبعاث شظيتين نوويتين ثقيلتين مع 2.4 نيوترون في المتوسط. لكن هناك احتمال بنسبة 0.2% لحدوث انشطار ثلاثي، تنبعث فيه شظايا نووية خفيفة. ولذلك، اخترنا هذا الطريق لتجربتنا على افتراض أن رباعي النيوترونات المرتبط افتراضيًا يمكن أن يكون جسيمًا ثلاثيًا في انشطار اليورانيوم.
اعتمد الفريق طريقة تحليل تنشيط النيوترونات الآلية المعروفة، حيث يتم تشعيع عنصر تتبع في عينة مختارة وتنشيطه عن طريق التقاط النيوترونات الحرارية. لهذه الدراسة، 88شركة SrCO3 تم اختيارها كعينة مستهدفة وتم تشعيعها لمدة ساعتين بطاقة حرارية تبلغ 5 ميجاوات في مفاعل أبحاث نووي. أجرى الفريق أيضًا تحليلًا طيفيًا لأشعة جاما للعينة المشععة لاكتشاف الإشارات المقابلة لانبعاث رباعي النيوترونات المحتمل.
• 88وكان من المتوقع أن تتحول نواة Sr إلى 91Sr بقيمة Q (التغير في الكتلة بين الحالة الأولية والنهائية للتفاعل معبرًا عنها بوحدات الطاقة) تبلغ 20 ميجا فولت مطروحًا منها طاقة الربط لرباعي النيوترونات. منذ 91Sr غير مستقر، واضمحلاله الإشعاعي الذي يتبعه إطلاق أشعة جاما يشير إلى انبعاث جسيمات رباعية النيوترونات المستقرة.
نتائج التحليل الطيفي لأشعة جاما للإشعاع 88ومع ذلك، لم تظهر عينة Sr أي قمة ضوئية تتوافق مع تكوين 91بناءً على ذلك، قدر الفريق أنه في حالة وجود رباعي النيوترونات المستقرة، فإن معدل انبعاثها قد يكون أقل من 8 × 10-7 لكل انشطار عند مستوى ثقة 95%. واقترحوا أيضًا أن تحسين نقاء العينات وزيادة حساسية التجريب يمكن أن يساعد في اكتشاف الإشارات الدقيقة الناشئة عن النيوترونات الرباعية.
يقول الدكتور فوجيوكا: «لقد أظهرت دراستنا أن طريقة تنشيط النيوترونات الآلية في الكيمياء الإشعاعية يمكن تطبيقها لمعالجة السؤال المفتوح في الفيزياء النووية. سنقوم بتحسين الحساسية بشكل أكبر للبحث عن النظام بعيد المنال والمحايد للشحن.
على الرغم من أن الفريق لم يكن قادرًا على اكتشاف رباعيات النيوترونات المرتبطة، إلا أن عملهم قد وضع إطارًا متينًا للدراسات المستقبلية حول رباعيات النيوترونات المراوغة وغيرها من الأنظمة المشابهة.