Eksperimen empat neutron menemukan bukti adanya partikel yang telah lama dicari yang terdiri dari empat neutron.

Sementara semua inti atom kecuali hidrogen terdiri dari proton dan neutron, fisikawan telah mencari partikel yang terdiri dari satu, tiga, atau empat neutron selama lebih dari setengah abad. Eksperimen yang dilakukan oleh tim fisikawan dari Technical University of Munich (TUM) di laboratorium akselerator di kampus penelitian Garching menunjukkan bahwa partikel dengan empat neutron terikat mungkin ada.

Sementara fisikawan nuklir setuju bahwa tidak ada sistem di alam semesta yang hanya terbuat dari proton, mereka telah mencari partikel yang terdiri dari satu, tiga, atau empat neutron selama lebih dari 50 tahun.

Pada akselerator tandem Van de Graaff dari Laboratorium Maier-Leibnitz di Kampus Penelitian Garching, tim fisikawan dari Technical University of Munich (TUM) membombardir target lithium-7 dengan inti atom lithium-7 yang telah dipercepat menjadi 12 persen kecepatan cahaya. Semua hasil pengukuran menunjukkan bahwa eksperimen mereka menghasilkan karbon-10 dan tetraneutron yang diinginkan. Kredit: Sonja Battenberg / TUM

Jika partikel seperti itu ada, bagian dari teori interaksi kuat harus dipikirkan kembali. Selain itu, mempelajari partikel-partikel ini secara lebih rinci dapat membantu kita lebih memahami sifat-sifat bintang neutron.

“Interaksi yang kuat secara harfiah adalah gaya yang menahan dunia pada intinya. Atom yang lebih berat dari hidrogen tidak dapat dibayangkan tanpanya,” kata Dr. Thomas Westermann, yang mengarahkan eksperimen.

Semuanya sekarang menunjukkan fakta bahwa tepatnya jenis partikel ini diciptakan dalam salah satu eksperimen baru-baru ini yang dilakukan di akselerator partikel tandem Van de Graaf yang sekarang sudah tidak berfungsi di kampus penelitian Garching.

Di akselerator tandem Van de Graaff dari Laboratorium Maier-Leibnitz di kampus penelitian Garching, tim fisikawan dari Technical University of Munich (TUM) membombardir target lithium-7 dengan inti atom lithium-7, berakselerasi hingga 12 persen. kecepatan cahaya. Semua hasil pengukuran menunjukkan bahwa eksperimen mereka menghasilkan karbon-10 dan tetraneutron yang diinginkan. Kredit: Thomas Faestermann / TUM

Pencarian panjang untuk tetraneutron

Dua puluh tahun yang lalu, sebuah kelompok riset Prancis menerbitkan pengukuran yang mereka tafsirkan sebagai tanda tangan dari tetraneutron yang diinginkan. Namun, pekerjaan selanjutnya oleh kelompok lain menunjukkan bahwa metodologi yang digunakan tidak dapat membuktikan keberadaan tetraneutron.

Pada tahun 2016, sebuah kelompok di Jepang berusaha menghasilkan tetraneutron dari helium-4 dengan membombardirnya dengan seberkas partikel radioaktif helium-8. Reaksi ini seharusnya menghasilkan berilium-8. Faktanya, mereka mampu mendeteksi empat atom semacam itu. Dari hasil pengukuran, peneliti menyimpulkan bahwa tetraneutron tidak berkorelasi dan cepat meluruh kembali menjadi empat neutron.

Dr. Thomas Westermann di pintu akses akselerator tandem Van de Graaff di kampus penelitian Garching. Di sini, lebih dari sepuluh juta volt mempercepat ion lithium menjadi sekitar 12 persen kecepatan cahaya. Westermann dan timnya membombardir target lithium-7 dengan ion lithium ini. Semua hasil pengukuran menunjukkan bahwa eksperimen mereka menghasilkan karbon-10 dan tetraneutron yang diinginkan. Kredit: Ole Benz / TUM

Dalam percobaan mereka, Westermann dan timnya membombardir target lithium-7 dengan partikel lithium-7 yang mempercepat sekitar 12 persen kecepatan cahaya. Selain tetraneutron, ia harus menghasilkan karbon-10. Memang, fisikawan telah berhasil menemukan spesies ini. Pengulangan menegaskan hasilnya.

bukti tidak langsung

Hasil pengukuran tim cocok dengan tanda tangan yang diharapkan dari karbon 10 dalam keadaan tereksitasi pertama dan tetraneutron terikat 0,42 megaelektronvolt (MeV). Menurut pengukuran, tetraneutron akan kurang lebih stabil seperti neutron itu sendiri. Kemudian meluruh dengan peluruhan beta dengan waktu paruh 450 detik. “Bagi kami, ini adalah satu-satunya penjelasan fisik yang masuk akal untuk nilai terukur dalam segala hal,” jelas Dr. Thomas Westermann.

Roman Gernhäuser, seorang peneliti di Departemen Fisika di Universitas Teknik Munich (TUM), berada di ruang target akselerator tandem Van de Graaff di kampus Garching, di mana ion litium dipercepat hingga sekitar 12 persen kecepatan cahaya, mengenai target lithium 7. Semua hasil pengukuran menunjukkan bahwa eksperimen mereka menghasilkan karbon-10 dan tetraneutron yang diinginkan. Kredit: Ole Benz / TUM

Dari pengukuran mereka, tim mencapai kepastian lebih dari 99,7 persen, atau 3 sigma. Namun dalam fisika, keberadaan partikel hanya dianggap konklusif setelah kepastian 5 sigma tercapai. Dengan demikian, para peneliti sekarang sedang menunggu konfirmasi independen.

Referensi: “Indikator untuk Neutron Kuarter Tertaut” oleh Thomas Westermann, Andreas Bergmayer, Roman Gernhauser, Dominic Kohl, dan Mahmoud Mahgoub, 26 November 2021 Tersedia di sini. Fisika Huruf B.
DOI: 10.1016 / j.physletb.2021.136799

Laboratorium Mayer-Leibnitz, dengan akselerator tandem Van de Graaf, dioperasikan bersama oleh Technical University of Munich dan Ludwig Maximilian University of Munich. Fasilitas ditutup karena alasan struktural pada awal tahun 2020. Kelima penulis publikasi ini adalah lulusan atau karyawan Technical University of Munich.