Исследователи из Токийского технологического института исследовали возможную скорость эмиссии стабильного тетранейтрона, системы из четырех нейтронов, существование которой долгое время обсуждалось в научном сообществе. Они изучили эмиссию тетранейтронов в результате теплового деления 235U путем облучения образца 88старший CO3 в ядерном исследовательском реакторе и анализировать его с помощью гамма-спектроскопии.
Тетранейтрон — неуловимое атомное ядро, состоящее из четырех нейтронов, существование которого активно обсуждается учеными. Это связано прежде всего с недостатком наших знаний о системах, состоящих только из нейтронов, поскольку большинство атомных ядер обычно состоят из комбинации протонов и нейтронов. Ученые полагают, что экспериментальное наблюдение тетранейтрона может стать ключом к изучению новых свойств атомных ядер и ответу на извечный вопрос: может ли когда-либо существовать зарядово-нейтральная мультинейтронная система?
В двух недавних экспериментальных исследованиях сообщалось о присутствии тетранейтронов в связанном и резонансном состоянии (состоянии, которое распадается со временем, но живет достаточно долго, чтобы его можно было обнаружить экспериментально). Однако теоретические исследования показывают, что тетранейтроны не будут существовать в связанном состоянии, если взаимодействия между нейтронами будут определяться нашим общим пониманием двух- или трехчастичных ядерных сил.
Заинтригованная группа исследователей под руководством доцента Хироюки Фудзиока из Токийского института Технологии намеревался исследовать возможность эмиссии связанных тетранейтронов. В своем недавнем исследовании, опубликованном в Физический обзор CКоманда исследовала возможную скорость эмиссии стабильного тетранейтрона в результате деления ядра, индуцированного тепловыми нейтронами. 235U (Уран-235) в ядерном реакторе.
«Из предыдущей литературы мы знаем, что доминирующий процесс теплового деления для 235U — бинарное деление, приводящее в среднем к испусканию двух тяжелых ядерных осколков вместе с 2.4 нейтронами. Но существует вероятность 0.2% тройного деления, при котором вылетают легкие ядерные фрагменты. Поэтому мы выбрали этот путь для нашего эксперимента, исходя из предположения, что гипотетически связанный тетранейтрон может быть тройной частицей при делении урана», — объясняет доктор Фудзиока.
Команда применила хорошо известный метод инструментального нейтронно-активационного анализа, при котором микроэлемент в выбранном образце облучается и активируется путем захвата тепловых нейтронов. Для этого исследования 88старший CO3 был выбран в качестве мишени и подвергался облучению в течение двух часов при тепловой мощности 5 МВт в ядерном исследовательском реакторе. Команда также выполнила гамма-спектроскопию облученного образца, чтобы обнаружить сигналы, соответствующие возможной эмиссии тетранейтронов.
Ассоциация 88Ожидалось, что ядра Sr превратятся в 91Sr со значением Q (изменение массы между начальным и конечным состояниями реакции, выраженным в энергетических единицах) 20 МэВ минус энергия связи тетранейтрона. С 91Sr нестабилен, его радиоактивный распад с последующим выбросом γ-лучей будет указывать на испускание стабильных частиц тетранейтронов.
Результаты γ-спектроскопии облученных 88Однако в образце Sr не было выявлено ни одного фотопика, соответствующего образованию 91Основываясь на этом, команда подсчитала, что если существуют стабильные по частицам тетранейтроны, скорость их излучения может быть ниже 8 × 10-7 на деление на уровне достоверности 95%. Они также предположили, что улучшение чистоты образцов и повышение чувствительности экспериментов могут помочь в обнаружении тонких сигналов, исходящих от тетранейтронов.
Доктор Фудзиока говорит: «Наше исследование показало, что метод инструментальной нейтронной активации в радиохимии может быть применен для решения открытого вопроса в ядерной физике. Мы будем и дальше улучшать чувствительность, чтобы найти неуловимую, нейтральную по заряду систему».
Хотя команде не удалось обнаружить связанные тетранейтроны, их работа заложила прочную основу для будущих исследований неуловимых тетранейтронов и других подобных систем.