Dineutron – klucz do zrozumienia procesów zachodzących w gwiazdach neutronowych?

Fizycy z USA jako pierwsi na świecie zarejestrowali emisję dineutronu – cząstkę o masie dwukrotnie większej od masy neutronu, rozpadającą się na dwa neutrony. Dokładne zbadanie tego zjawiska pozwoli rozszerzyć naszą wiedzę na temat oddziaływań silnych, odpowiedzialnych za trwałość oraz stabilność jąder atomowych oraz zrozumieć procesy zachodzące w gwiazdach neutronowych.

Procesy rozpadu jąder atomowych możemy podzielić na samoistne oraz wymuszone. Najbardziej znanymi rodzajami rozpadów jąder atomowych są: rozpad alfa, podczas którego emitowane jest jądro helu (tzw. cząstka α), rozpad beta, którego następstwem jest emisja elektronu (rozpad β^–) lub pozytonu (rozpad β⁺) oraz rozpad gamma, podczas którego emitowane jest promieniowanie gamma (rodzaj promieniowania elektromagnetycznego charakteryzujący się dużą przenikliwością materii). Oprócz wymienionych, istnieją również rozpady związane z emisją pojedynczego protonu lub pojedynczego neutronu.

Poszukiwania rzadkich form rozpadów jądrowych

Od dziesięcioleci naukowcy są jednak zainteresowani odkrywaniem rzadszych form rozpadów jądrowych. W 2002 roku odkryto, że izotop żelaza ⁴⁵Fe, składający się z mniejszej liczby neutronów w porównaniu z najbardziej stabilnym izotopem żelaza ⁵⁴Fe, rozpada się, emitując dwa protony. Od tego czasu pojawiły się liczne przypuszczenia, że protony te bezpośrednio po akcie emisji mogą być połączone ze sobą przez bardzo krótki okres czasu, tworząc diproton – cząstkę o masie równej dwukrotności masy pojedynczego protonu. Jednoznaczną ocenę tego zjawiska utrudnia jednak elektrostatyczne oddziaływanie o charakterze odpychającym występujące pomiędzy protonami.

Mając na uwadze oddziaływanie elektrostatyczne występujące pomiędzy naładowanymi cząstkami, można przypuszczać, że zarejestrowanie dineutronu powinno być łatwiejsze do zrealizowania (neutron jest cząstką obojętną elektrycznie). Jak do tej pory, obecność dineutronu udało się pośrednio zaobserwować dla dwóch izotopów helu – ⁶He oraz ⁸He, w formie „neutronowego halo” wokół jądra atomowego, stworzonego przez niektóre neutrony. Obecnie zgodnie z doniesieniami Artemis Spyrou z Michigan State University, dineutrony zostały zarejestrowane poza obszarem jądra atomowego, w następstwie jego rozpadu.

Nietrwałe jądra atomowe – źródła dineutronów

Jądrami atomowymi, w których mogą zachodzić rozpady dineutronów, są jądra atomowe składające się z dużej liczby neutronów, które poprzez emisję przynajmniej dwóch neutronów stają się bardziej stabilne. Przykładem takiego jądra atomowego jest jądro berylu ¹⁶Be, w przypadku którego emisja dwóch neutronów jest bardziej korzystnym procesem, niż emisja pojedynczego protonu, ponieważ jądro ¹⁴Be jest bardziej stabilne w porównaniu z jądrem ¹⁵Be. I właśnie jądro ¹⁶Be było przedmiotem badań grupy Spyrou.

Materiał do badań został stworzony w National Superconducting Cyclotron Laboratory znajdujący się w Michigan State University, poprzez „usuwanie” pojedynczych protonów z jąder boru ¹⁷B. Ponieważ czas życia jąder ¹⁶Be jest względnie bardzo krótki, dlatego natychmiast po ich powstaniu zachodziła emisja dwóch neutronów. Po zbadaniu „śladów” cząstek zarejestrowanych przez detektory, dla dwóch neutronów oraz jądra ¹⁴Be, okazało się, że neutrony poruszały się w tym samym kierunku. Według Spyrou jest to istotny dowód na obecność dineutronu – gdyby emisja neutronów zachodziła oddzielnie, kąt pomiędzy „śladami” pozostawiony przez neutrony byłby zupełnie przypadkowy.

Niektórzy naukowcy podchodzą jednak dosyć sceptycznie do wyników badań opublikowanych przez grupę Spyrou. „Nie jestem przekonany, że to, co udało im się zarejestrować to nowy rodzaj cząstek”, powiedział Marek Pfitzner z Uniwersytetu Warszawskiego.

Artykuł pochodzi ze strony: physicsworld.com