Исследователи из Токийского технологического института изучили потенциальную возможность испускания стабильного тетранейтрона — четырехнейтронной системы, существование которой давно обсуждается в научном сообществе. Ученые исследовали эмиссию тетранейтронов при делении тепловыми нейтронами, облучив образец в ядерном исследовательском реакторе и проанализировав его с помощью -рентгеновской спектроскопии.

Экспериментальное наблюдение тетранейтрона может стать ключом к изучению новых свойств атомных ядер и ответу на извечный вопрос: Может ли вообще существовать зарядово-нейтральная мультинейтронная система?

Два недавних экспериментальных исследования сообщили о присутствии тетранейтронов в связанном и резонансном состояниях. Однако теоретические исследования показывают, что тетранейтроны не могут существовать в связанном состоянии, если только взаимодействия между нейтронами регулируются нашим общим пониманием ядерных сил.

"Хорошо известно, что в подавляющем числе случаев при делении тепловыми нейтронами образуется два тяжелых ядерных фрагмента и в среднем нейтрона. Но существует % вероятность тройного деления, при котором испускаются легкие ядерные фрагменты. Мы предположили, что гипотетически связанный тетранейтрон может быть одним из трех осколков деления урана", — объясняет доктор Фудзиока.

Команда использовала хорошо известный метод активационного анализа, при котором элемент в выбранном образце облучается и активируется захватом тепловых нейтронов. Для данного исследования в качестве целевого образца был выбран , который облучался в течение двух часов при тепловой мощности МВт в исследовательском ядерном реакторе. Команда также провела -спектроскопию облученного образца, чтобы обнаружить сигналы, соответствующие возможной эмиссии тетранейтронов.

Ожидалось, что ядра превратятся в в результате тетранейтронно-индуцированной реакции. Поскольку нестабилен (-распад), его радиоактивный распад с последующим испусканием -лучей указывает на испускание стабильных тетранейтронов.

Однако результаты γ-спектроскопии для образца , подвергшегося облучению, не показали никакого фотопика, соответствующего образованию . Исходя из этого, команда предположила, что если стабильные тетранейтроны существуют, то их интенсивность излучения может быть меньше на деление при % доверительном уровне. Они также предположили, что улучшение чистоты образцов и повышение чувствительности экспериментов может помочь в обнаружении сигналов, возникающих от тетранейтронов.

Хотя команде не удалось обнаружить связанные тетранейтроны, их работа заложила прочную основу для будущих исследований неуловимых тетранейтронов и других подобных систем.

Search for particle-stable tetraneutrons in thermal fission of 235U, Hiroyuki Fujioka, Ryutaro Tomomatsu, and Koichi Takamiya Phys. Rev. C 108, 054004 – Published 22 November 2023