Des chercheurs de l'Iowa State University ont contribué à démontrer l'existence d'une structure subatomique que l'on croyait improbable.

Jacques Vary, professeur de physique et d'astronomie, et Andrey Shirokov, un scientifique invité, avec une équipe internationale, utilisé des simulations de superordinateur sophistiquées pour montrer l'existence quasi-stable d'un tétraneutron, une structure composée de quatre neutrons (particules subatomiques sans charge).

La nouvelle découverte a été publiée dans Lettres d'examen physique , une publication de l'American Physical Society, le 28 octobre.

Par eux-même, les neutrons sont très instables et se convertiront en protons (particules subatomiques chargées positivement) après dix minutes. Les groupes de deux ou trois neutrons ne forment pas une structure stable, mais les nouvelles simulations de cette recherche démontrent que quatre neutrons ensemble peuvent former une résonance, une structure stable pendant un certain temps avant de se décomposer.

Pour le tétraneutron, cette durée de vie n'est que de 5×10^(-22) secondes (une infime fraction d'un milliardième de nanoseconde). Bien que ce temps semble très court, c'est assez long pour étudier, et fournit une nouvelle voie pour explorer les forces puissantes entre les neutrons.

"Cela ouvre une toute nouvelle voie de recherche, ", a déclaré Vary. "L'étude du tétraneutron nous aidera à comprendre les forces des inter-neutrons, y compris les caractéristiques inexplorées auparavant des systèmes instables à deux et trois neutrons."

Les simulations avancées démontrant le tétraneutron corroborent la première preuve observationnelle du tétraneutron plus tôt cette année dans une expérience réalisée à la RIKEN Radioactive Ion Beam Factory (RIBF), à Saitama, Japon. La structure tétraneutron a été recherchée pendant 40 ans avec peu de preuves soutenant son existence, jusqu'à maintenant. Les propriétés prédites par les calculs dans les simulations étaient cohérentes avec les propriétés observées lors de l'expérience au Japon.

La recherche au Japon a utilisé un faisceau d'hélium-8, Hélium avec 4 neutrons supplémentaires, collision avec un atome d'hélium-4 régulier. La collision brise l'hélium-8 en un autre hélium-4 et un tétraneutron dans son bref état de résonance, avant cela, trop, se sépare, formant quatre neutrons isolés.

"Nous savons que des expériences supplémentaires avec des installations de pointe sont en préparation dans le but d'obtenir des caractéristiques précises du tétraneutron, ", a déclaré Vary. "Nous fournissons nos prédictions de pointe pour aider à guider ces expériences."

L'existence du tétraneutron, une fois confirmé et affiné, ajoutera une nouvelle entrée et une lacune intéressantes au graphique des nucléides, un graphique représentant tous les noyaux connus et leurs isotopes, ou des noyaux avec un nombre différent de neutrons. Semblable au tableau périodique, qui organise le comportement chimique des éléments, la carte des nucléides représente le comportement radioactif des éléments et de leurs isotopes. Alors que la plupart des noyaux ajoutent ou soustraient des neutrons un à la fois, cette recherche montre qu'un neutron lui-même aura un écart entre un seul neutron et un tétraneutron.

La seule autre structure à neutrons connue est une étoile à neutrons, des étoiles petites mais denses que l'on pense être presque entièrement constituées de neutrons. Ces étoiles peuvent n'avoir qu'un rayon d'environ sept milles, mais ont une masse similaire à celle de notre soleil. Les étoiles à neutrons ont des neutrons de l'ordre 10^57. D'autres recherches pourraient explorer s'il existe d'autres nombres de neutrons qui forment une résonance stable le long du chemin pour atteindre la taille d'une étoile à neutrons.