Xác định được sự tồn tại cấu trúc hạ nguyên tử mới

James Vary - giáo sư vật lý và thiên văn học, và Andrey Shirokov, thực tập sinh, cùng với nhóm nghiên cứu quốc tế, đã sử dụng các mô phỏng siêu máy tính tinh vi để chỉ ra được sự tồn tại bán ổn định của hạt tetra nơtron (tetraneutron), đây là hạt có cấu trúc của 4 nơtron (các hạt hạ nguyên tử không mang điện).

Theo các nhà nghiên cứu, các nơtron không bền và sẽ biến đổi thành các proton-các hạt hạ nguyên tử mang điện tích-chỉ sau 10 phút. Các nhóm hai hoặc ba nơtron không hình thành một cấu trúc ổn định, tuy nhiên các mô phỏng mới trong nghiên cứu này đã xác định thấy sự tồn tại 4 nơtron cùng với nhau có thể tạo ra cộng hưởng có cấu trúc ổn định trong một suốt một chu kỳ thời gian trước khi phân rã.

Vòng đời của các tetra nơtron chỉ bằng 5×10^(-22) giây (một phân số cực nhỏ của một phần tỷ của một nano giây). Mặc dù thời gian này dường như cực ngắn ngủi, nhưng nó đủ lớn để nghiên cứu và cung cấp hướng đi mới trong việc nghiên cứu thăm dò các lực bền giữa các nơtron.

“Kết quả này mở ra một hướng nghiên cứu hoàn toàn mới. Việc nghiên cứu tetra nơtron sẽ giúp chúng ta hiểu rõ các lực của các nơtron trung tâm bao gồm cả các tính năng chưa từng thăm dò trước đây của hệ 2 nơtron và 3 nơtron bất ổn định”, Vary nói.

Các mô phỏng tiên tiến xác định hạt tetraneutron được xem là minh chứng lần đầu tiên quan sát được về sự tồn tại của tetra nơtron trong một thí nghiệm được thực hiện vào đầu năm nay tại Nhà máy Chùm vị ion phóng xạ RIKEN (RIBF), tại Saitama, Nhật Bản.

Tính đến nay, cấu trúc của tetra nơtron đã từng được theo đuổi suốt 40 năm với rất ít bằng chứng ủng hộ sự tổn tại của hạt này. Các đặc tính được dự đoán theo các kết quả tính toán trong các mô phỏng này là phù hợp với các đặc tính quan sát thấy trong các thí nghiệm tại Nhật Bản.

Các nhà nghiên cứu tại Nhật Bản đã sử dụng một chùm ánh sáng Helium-8, Helium có 4 neutrons bổ sung, va chạm với một nguyên tử Helium-4 ổn định. Sự va chạm này đã phá vỡ Helium-8 thành Helium-4 khác và một tetra nơtron ở trong trong thái cộng hưởng diễn ra vô cùng ngắn của nó trước khi nó cũng tách rời nhau để tạo thành 4 nơtron đơn lẻ.

“Chúng tôi đã chuẩn bị các phương tiện hiện đại nhất để tiến hành các thử nghiệm bổ sung nhằm có thể tìm ra được các đặc tính chính xác của tetra nơtron. Và chúng tôi cũng chuẩn bị các thiết bị dự báo hiện đại nhất để chỉ dẫn cho các thí nghiệm này”, Vary cho biết.

Kết quả này cho thấy, một lần nữa đã củng cố và tăng thêm bằng chứng về sự tồn tại của tetra nơtro. Nó sẽ bổ sung thêm vào ô trống trên đồ thị hạt nhân. Đây là đồ thị tiêu biểu của tất cả các hạt nhân và các đồng vị của nó đã được biết đến, hoặc hạt nhân có số lượng nơtron khác nhau.

Giống như bảng tuần hoàn, cấu tạo hành vi hóa học của các nguyên tố, biểu đồ các đồng vị phóng xạ tương ứng với hành vi phóng xạ của các nguyên tố và các chất đồng vị của chúng. Trong khi đó hầu hết các hạt nhân thêm hoặc giảm bớt các nơtron riêng lẻ, nhưng nghiên cứu này đã cho thấy bản thân một nơtron sẽ có một khoảng rỗng giữa một nơtron đơn và một tetra nơtron.

Chỉ duy nhất cấu trúc nơtron khác được biết đến là sao Nơtron (Neutron star), nhỏ nhưng có mật độ ngôi sao dày đặc và được cho là có cấu tạo gần như hoàn toàn từ các nơtron. Những ngôi sao này có bán kính chỉ khoảng 7 dặm nhưng có khối lượng tương tự với mặt trời. Việc đẩy mạnh nghiên cứu sâu hơn nữa có thể giúp các nhà nghiên cứu khám phá ra các số lượng khác (nếu có) của neutron mà có khả năng tạo ra một sự cộng hưởng ổn định dọc theo quỹ đạo để có thể đạt đến kích thước của một ngôi sao Nơtron.

P.T.T-NASATI (Theo Phys)