L’expérience a été réalisée à la Radioactive Ion Beam Factory RIBF à RIKEN (Japon) par une grande équipe de recherche internationale. Outre la TU Darmstadt, des scientifiques de la TU Munich, du RIKEN Nishina Center et du GSI Helmholtz Center for Heavy-ion Research ont été impliqués de manière significative. L’expérience a donné un signal sans ambiguïté pour la première observation du Tetra Neutron. Le résultat a été publié dans le numéro actuel de “Nature”.
Les éléments constitutifs des noyaux atomiques sont les nucléons, qui existent sous deux types, les neutrons neutres et les protons chargés, représentant les deux états isospin du nucléon. À notre connaissance actuelle, les noyaux constitués uniquement de neutrons n’existent pas en tant que noyaux liés. Les seuls systèmes liés connus constitués presque uniquement de neutrons sont les étoiles à neutrons, qui sont des objets très compacts à haute densité dans l’univers liés par la force gravitationnelle avec des diamètres typiques d’environ 10 kilomètres. Les noyaux atomiques sont liés par la force nucléaire forte avec une préférence pour équilibrer les neutrons et les protons, comme on le sait pour les noyaux stables que l’on trouve sur terre.
L’étude des systèmes à neutrons purs revêt une importance particulière car ils constituent le seul moyen d’extraire des informations expérimentales sur l’interaction entre plusieurs neutrons et donc sur la force nucléaire. Si les systèmes multineutroniques existent sous forme de résonances ou même d’états liés, c’est une quête de longue date en physique nucléaire. L’exploration des particules jusqu’ici hypothétiques pourrait en outre fournir des informations aidant à une meilleure compréhension des propriétés des étoiles à neutrons. Si les systèmes multineutroniques existent en tant qu’états résonnants non liés ou même en tant qu’états liés, c’est une quête de longue date en physique nucléaire. Une équipe de recherche dirigée par des scientifiques de la TU Darmstadt a entrepris une nouvelle tentative en utilisant une technique expérimentale différente par rapport aux tentatives précédentes. Ce travail a été soutenu par la Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG, Fondation allemande pour la recherche) via la SFB 1245.
“Cette percée expérimentale fournit une référence pour tester la force nucléaire avec un système pur composé uniquement de neutrons”, déclare le Dr Meytal Duer de l’Institut de physique nucléaire de la TU Darmstadt. “L’interaction nucléaire entre plus de deux neutrons ne pouvait pas être testé jusqu’à présent, et les prédictions théoriques donnent une large dispersion concernant l’énergie et la largeur d’un éventuel état de neutron tétra. Nous prévoyons actuellement une expérience de nouvelle génération à R3B à FAIR, qui détectera directement les corrélations entre les quatre neutrons avec le détecteur R3B NeuLAND, qui permettra de mieux comprendre la nature de ce système à quatre neutrons ».
L’étude expérimentale des systèmes à neutrons purs est difficile car les cibles de neutrons n’existent pas. Afin de créer des systèmes multi-neutroniques dans un volume où les neutrons peuvent interagir via la force nucléaire à courte portée (quelques femto-mètres, 10-15 mètre), des réactions nucléaires doivent être utilisées. Ici, l’interaction des neutrons avec d’autres particules impliquées dans le processus de réaction pose un problème majeur, qui peut masquer les propriétés de l’interaction neutronique pure. Les scientifiques ont surmonté ce problème en tirant sur le noyau alpha compact de 8Il induit instantanément par un proton la cible d’hydrogène liquide. Les quatre neutrons restants sont soudainement libres et laissés seuls et peuvent interagir entre eux.
“La clé de l’observation réussie du Tetra Neutron était la réaction choisie, qui isole les quatre neutrons dans un processus rapide (par rapport à l’échelle nucléaire), et la cinématique choisie de transfert d’impulsion important, qui sépare les neutrons des particules chargées. dans l’espace de quantité de mouvement », explique le professeur Dr. Thomas Aumann de l’Institut de physique nucléaire de la TU Darmstadt. « La cinématique extrême a permis une mesure presque sans arrière-plan. Nous prévoyons maintenant d’employer la même réaction dans une expérience au RIBF pour effectuer une mesure précise de l’interaction neutron-neutron à basse énergie. Un détecteur de neutrons dédié à cette expérience est actuellement en construction dans notre université ».
La publication
M. Duer, T. Aumann et al. : „Observation of a correlated free four-neutron system“, dans „Nature“ (2022), 22 juinnd 2022, déclaration d’identité : 10.1038 / s41586-022-04827-6, https://go.nature.com/3n8mBvu
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MI non. 39/2022, Aumann/mih
Méthode de recherche
Étude expérimentale
Sujet de recherche
N’est pas applicable
Le titre de l’article
“Observation d’un système à quatre neutrons libres corrélés”
Date de publication des articles
22 juin 2022
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