ТАСС, 22 и.ня. Международный коллектив ученых впервые проследил за образованием нестабильного "атома", который состоит из четырех нейтронов и при этом не содержит ни одного протона. Эту особенность нельзя объяснить при помощи существующих теорий физики, пишут исследователи в статье в журнале Nature.
"Один из самых давних вопросов в ядерной физике заключается в том, могут ли существовать ядерные системы, не имеющие заряда. Единственным примером подобных объектов в прошлом выступали нейтронные звезды. Нам удалось стать свидетелями рождения "ядра" из четырех нейтронов, которое просуществовало в подобном виде крайне небольшое, но значимое время", - пишут исследователи.
Ядра всех элементов тяжелее водорода состоят из двух частиц, положительно заряженных протонов и нейтронов, не имеющих электрического заряда. Соотношение числа этих частиц напрямую влияет на стабильность атома. Если внутри него преобладают протоны или нейтроны, то атом становится нестабильным и пытается избавиться от лишних частиц.
Единственное исключение - нейтронные звезды, состоящие из сверхплотной материи, сложенной из нейтронов. Что на самом деле представляют собой нейтронные звезды, как они выглядят изнутри и из каких слоев они состоят, теоретики пока не могут точно сказать. Свойства их материи физики пытаются раскрыть, используя ускорители частиц и теоретические расчеты.
Международный коллектив физиков под руководством Мейтал Дуэр, научного сотрудника Технического университета Дармштадта (Германия), получила первую возможность для изучения свойств чистой "нейтронной материи" в ходе наблюдениq за последствиями столкновений протонов с атомами гелия-8, сверхтяжелого изотопа этого газа.
Абсолютно нейтральный атом
Как объясняют ученые, гелий-8 давно привлекает внимание физиков тем, что его ядро, предположительно, состоит из двух вложенных друг в друга наборов из субатомных частиц. По мнению теоретиков, его внешняя прослойка содержит четыре нейтрона, которые вращаются вокруг внутреннего "ядрышка", похожего по структуре на атом стабильного гелия-4.
Физики предположили, что внутреннюю часть ядра гелия-8 можно "выбить", если с ним столкнется протон или другая заряженная частица. С некоторой долей вероятности это приведет к образованию так называемого тетранейтрона. Так ученые называют нейтральное "ядро" из четырех нейтронов, связанных друг с другом сильными атомными взаимодействиями.
Дуэр и ее коллегам впервые удалось проследить за формированием тетранейтрона в ходе опытов на ускорителе ионов RIBF, установленном в японском научном центре RIKEN в Вако. Для проведения этих опытов физики разработали подход, который позволил получить много ядер гелия-8 в результате столкновения потока ионов кислорода-18 с бериллиевой мишенью.
Исследователи сталкивали короткоживущие атомы с набором почти неподвижных протонов и отслеживали, под какими углами разлетались продукты этих реакций и с какой скоростью они двигались. Это позволило ученым отличить последствия взаимодействий тетранейтронов с гелием-4 и протонами от следов других частиц, которые возникали в ходе столкновений гелия-8 и протонов.
Подобный подход позволил Дуэр и ее коллегам доказать, что тетранейтроны действительно существуют, а также определить примерный радиус и массу этих частиц - они составляют около пяти фемтометров и примерно 2,37 МэВ (мегаэлектронвольт). Последующие опыты, как надеются ученые, помогут им уточнить эти параметры и подобрать теоретическое объяснение для существования "нейтронных" атомов.