Сообщения об открытии тетранейтрона — экзотического нейтрального ядра, состоящего из четырёх нейтронов — недавно появилось на новостных лентах. Никогда такого не было, и вот — опять. Расследование, впрочем, показало, что речь идёт именно об уточнённой интерпретации результатов эксперимента шестилетней давности. Но обычай время от времени открывать тетранейтрон сложился у физиков ещё раньше. Традиция известна с начала века.
И, кстати, о крошечной нейтронный звезде, которой третранейтрон традиционно же уподобляют. Абсолютно ничего общего. Нейтронная звезда представляет собой гору нуклонов, скреплённых гравитацией, а не сильным взаимодействием, как в атомном ядре. И состоит она, вопреки названию, не только из нейтронов. Протоны в её составе есть тоже, но это отдельная история. Пока же, стоит рассказать, чем интересен тетранейтрон, и зачем его ловят.
С точки зрения физики интересен тетранейтрон тем, что существовать не должен. Что не мешает ему иногда попадаться экспериментаторам на глаза. Ну как «попадаться»? Увидеть удаётся результаты его распада, да и те — косвенно. Раскручивая видимые благодаря трекам процессы в детекторе назад во времени, можно высчитать, что же являлось корнем этого дерева. Иногда оказывается, что в начале был тетранейтрон, проживший 3х10^-22 секунды.
...Но всё это скучно, если не раскрыть суть конфликта: откуда третранейтрон берётся, почему почти сразу распадается, и почему «почти» — это уже много.
В мире частиц нейтрон выделяется промежуточным статусом. Вообще, это — нестабильная частица, но живёт в миллиард раз дольше, чем самая стабильная из прочих нестабильных — около 15 минут. И это только свободный нейтрон. В составе ядра эта частица живёт неограниченно долго. Как следствие, может показаться странным, что в ядрах, состоящих из одних только нейтронов, заключается некая физическая крамола. Будучи нуклоном, нейтрон способен к сильному взаимодействию и, по идее, должен держаться в ядре прочнее протона, так как этому не препятствует кулоновское отталкивание с другими протонами… Наконец, можно задать и вопрос, почему нейтроны объединяются именно по четыре штуки, а не по три или не по пять.
Ответ лежит в области квантовой механики, закономерности которой определяют структуру и устойчивость ядер. И в некоторых случаях ядро нейтронноизбыточного изотопа — такого, как Be-14 или He-8 — приобретает «гало». То есть, четыре нейтрона могут некоторое время держаться на честном слове — снаружи основного ядра, на границе досягаемости направленных к общему центру «короткобойных» ядерных сил, уравновешивая друг-друга. Если отвалится один, отвалятся все. Гало должно быть симметричным, а значит, может насчитывать от 2 до 8 нейтронов, но удобные для наблюдения динейтрона и октанейтрона изотопы отсутствуют.
Живучесть нейтрона в свободном состоянии объясняется просто, — при его распаде излучается электрон, а значит… поглощается электронное нейтрино. Иначе, не выполнялся бы принцип сохранения лептонного числа. Лептонов не может стать больше или меньше во вселенной. Поглощение же нейтрино, способного лишь к слабому взаимодействию, трюк, как известно,трудновыполнимый. Так близко от нуклона нейтрино пролетают в среднем лишь раз в 10 минут. Внутри же ядра условий для взаимодействия нейтрино с одним из кварков, как правило, нет… Упрощённо, можно объяснить это тем, что нуклоны слишком поглощены сильным взаимодействием.
Что же касается нейтрония, — вещества с ядром из одних только нейтронов, — в том числе и тетранейтрона, — то такое образование представляет собой пример запрещённого состояния. Ядро также можно представить, как потенциальную яму, но «вырытую» не гравитационными, а ядерными силами. Квант же сильного взаимодействия — глюон — обладает крошечным временем жизни, что ограничивает радиус ямы и придаёт её стенам высокую крутизну… Но суть, именно в радиусе.
Длина описываемой пси-функцией «вероятностной» волны отдельного нуклона может быть больше длины волны ядра. Этим объясняется тоннельный эффект — обнаружение частицы за пределами потенциальной ямы, которую она, по идее, не могла бы покинуть. Форма же пространственного распределения вероятности обнаружения частицы, в свою очередь, зависит от наложения функций в ядре. В случае конструкции из нейтронов нагромождение математики приводит к выводу, что все нуклоны ядра должны находиться вне ядра… Но, это, правда, зависит и от полной массы нуклонов, — то есть энергии частиц.
...Поиск тетранейтрона связан с уточнением математического аппарата, описывающего устойчивые состояния ядер.