Sciencemag.cz
Doporučujeme
Fyzikové se sice shodují na tom, že ve vesmíru neexistují stabilní částice složené výhradně z protonů, ale co třeba několik neutronů slepených silnou interakcí? Nakonec ve velkém to funguje v případě neutronové hvězdy. Každopádně po objektu složeném ze 2, 3 nebo 4 neutronů se pátrá už asi půl století.
Experimenty týmu fyziků z Technické univerzity v Mnichově a kolem urychlovače v Garchingu nyní naznačují, že 4 neutrony pohromadě držet mohou – přijetí takového závěru ovšem vyžaduje trochu předělat některé části teorie silné interakce.
Závěry jsou založeny na datech z jednoho posledních experimentů na již odstaveném Van de Graaffově tandemovém urychlovači částic v Garchingu.
Již před 20 lety zveřejnila francouzská výzkumná skupina měření, která interpretovala jako signaturu hledaného tetraneutronu. Pozdější práce jiných skupin však ukázaly, že použitá metodika nemůže existenci tetraneutronu prokázat.
V roce 2016 se vědci v Japonsku pokusili vytvořit tetra-neutron z helia-4 bombardovaného svazkem radioaktivních částic helia-8. Při této reakci by mělo vzniknout beryllium-8. Podařilo se sice detekovat 4 takové atomy, z výsledků měření vědci ale usoudili, že tetraneutron byl nestabilní a rychle se rozpadl zpět na 4 neutrony.
V novém experimentu byl terč bombardován atomovými jádry lithia-7, která byla urychlena na přibližně 12 % rychlosti světla. Všechny výsledky měření ukazují, že vznikl izotop uhlíku s deseti nukleony (10C) a hledaný tetraneutron. Izotop 10C se opravdu detekovat podařilo, a to i opakovaně. Výsledky měření odpovídaly signatuře, kterou bychom očekávali od 10C v jeho prvním excitovaném stavu a tetraneutronu vázaného energií 0,42 MeV. Podle měření by byl tetraneutron zhruba stejně stabilní jako samotný neutron (neutron mimo atomové jádro/neutronový plyn). Poté by se rozpadl (beta rozpadem) s poločasem rozpadu 450 sekund. „Pro nás je to jediné fyzikálně věrohodné vysvětlení, které ve všech ohledech odpovídá naměřeným hodnotám,“ uvádí Thomas Faestermann, který experimenty řídil. Statistická spolehlivost výsledku je prozatím přes 99,7 %, tedy 3 sigma. Existence nové částice se obvykle považuje za definitivně prokázanou až po dosažení spolehlivosti 5 sigma, je proto ještě třeba další zpřesnění výsledku/nezávislé potvrzení.
Thomas Faestermann et al, Indications for a bound tetraneutron, Physics Letters B (2021). DOI: 10.1016/j.physletb.2021.136799
Zdroj: Technical University Munich / Phys.org
V japonském centru RIKEN současně předpověděli existenci exotické částice složené ze 6 kvarků. Protony, neutrony a další baryony se skládají ze 3 kvarků, nově navržený objekt je tedy současně dibaryon (jako by byl třeba třeba dineutron, viz výše). Jediným známým dibaryonem je dosud jádro těžkého vodíku (deuteron) složené z 1 elektronu a 1 protonu, je ovšem otázka, zda ho máme pokládat za jedinou částici.
Experimenty prováděné jadernými fyziky vedly i k náznakům existence dalších dibaryonů; pokud opravdu vznikly, pak se ale zase rychle rozpadaly. Takuya Sugiura z RIKENu a jeho kolegové navrhli nyní existenci charm di-Omega, což je částice ze dvou baryonů tvořených kvarky c (charm, půvabný); celkem tedy ze 6 kvarků c.
Výsledek je založen nikoliv na experimentech, ale na výpočtu síly působící mezi dvěma baryony. Numerické simulace příslušné kvantové chromodynamiky byly krajně náročné a bylo k nim třeba použít hned 2 superpočítače. Výpočty i tak trvaly několik let, a to má být charm di-Omega vůbec nejjednodušším systémem tohoto typu. Další zkoumání interakcí mezi hadrony obsahujícími kvarky c probíhá na superpočítači Hokusai a na novém systému Fugaku.
Tento výzkum byl publikován ve Physical Review Letters.
Yan Lyu et al, Dibaryon with Highest Charm Number near Unitarity from Lattice QCD, Physical Review Letters (2021). DOI: 10.1103/PhysRevLett.127.072003
Zdroj: RIKEN / Phys.org
Poznámka PH: Proton ani neutron kvark c neobsahují.
Nově předpovězená částice složené ze 6 kvarků / 2 baryonů, umělecká představa. Credit: 2021 Keiko Murano
Smysl by mělo „zkonstruovat“ takovou hmotu, jistě bychom její vlastnosti využili. Bohužel se ale ve Vesmíru (neutronové hvězdy sem nepočítám, ty drží strašlivá gravitace) nikde nic takového nenachází ve stabilním stavu, takže je to asi nereálné, přináší to pouze uspokojení experimentálním fyzikům v CERNu. Škoda.
Život je stav hmoty. NASA na Marse má problém ako tento stav detegovať.