利用热裂变寻找难以捉摸的四中子

四中子是一种难以捉摸的原子核，由四个中子组成，其存在一直受到科学家的激烈争论。这主要源于我们对仅由中子组成的系统缺乏了解，因为大多数原子核通常由质子和中子组合而成。科学家认为，对四中子的实验观察可能是探索原子核新性质和回答一个古老问题的关键：电荷中性的多中子系统是否可能存在?

最近的两项实验研究报告了束缚态和共振态(一种随时间衰减但寿命足以通过实验检测到的状态)的四中子的存在。然而，理论研究表明，如果中子之间的相互作用受到我们对二体或三体核力的共同理解的控制，那么四中子将不会以束缚态存在。

出于好奇，东京工业大学藤冈博之副教授领导的一个研究小组开始研究束缚四中子发射的可行性。在最近发表在《物理评论 C》上的研究中，该团队探索了核反应堆中通过热中子诱发的235 U(Uranium-235)裂变产生粒子稳定的四中子的可能发射率。“我们从之前的文献中了解到，235 U 的主要热裂变过程是二元裂变，平均会导致发射两个重核碎片以及 2.4 个中子。但有 0.2% 的概率发生三元裂变，其中会发射出轻核碎片。因此，我们在假设束缚的四中子可能是铀裂变中的三元粒子的假设下选择了这条实验路线，”藤冈博士解释道。

该团队采用了著名的仪器中子活化分析方法，其中所选样品中的微量元素受到辐照并通过捕获热中子而被活化。在这项研究中，选择88 SrCO 3作为目标样品，并在核研究反应堆中以 5 MW 的热功率辐照两个小时。该团队还对辐照样品进行了 γ 射线光谱分析，以检测与可能的四中子发射相对应的信号。

88 Sr 核预计转化为91 Sr，其 Q 值(以能量单位表示的反应初始状态和最终状态之间的质量变化)为 20 MeV 减去四中子的结合能。由于91 Sr 不稳定，其放射性衰变随后释放出 γ 射线，这表明粒子稳定的四中子的发射。

然而，经辐照的88 Sr 样品的 γ 射线光谱结果没有显示出任何与91 Sr 形成相对应的光峰。基于此，研究小组估计，如果存在粒子稳定的四中子，它们的发射率可能会低于95% 置信水平下每次裂变8 × 10 -7 。他们还建议，提高样品的纯度和提高实验的灵敏度可能有助于检测四中子产生的微妙信号。

藤冈博士说：“我们的研究表明，放射化学中的仪器中子活化方法可以应用于解决核物理学中的悬而未决的问题。我们将进一步提高灵敏度，以寻找难以捉摸的电荷中性系统。”

虽然该团队无法检测到束缚的四中子，但他们的工作为未来研究难以捉摸的四中子和其他此类系统奠定了坚实的框架。

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