Observation of a correlated free four-neutron system

Duer, M.; Aumann, T.; Gernhäuser, R.; Panin, V.; Paschalis, S.; Rossi, D. M.; Achouri, N. L.; Ahn, D.; Baba, H.; Bertulani, C. A.; Böhmer, M.; Boretzky, K.; Caesar, C.; Chiga, N.; Corsi, A.; Cortina-Gil, D.; Douma, C. A.; Dufter, F.; Elekes, Z.; Feng, J.; Fernández-Domínguez, B.; Forsberg, U.; Fukuda, N.; Gasparic, I.; Ge, Z.; Gheller, J. M.; Gibelin, J.; Gillibert, A.; Hahn, K. I.; Halász, Z.; Harakeh, M. N.; Hirayama, A.; Holl, M.; Inabe, N.; Isobe, T.; Kahlbow, J.; Kalantar-Nayestanaki, N.; Kim, D.; Kim, S.; Kobayashi, T.; Kondo, Y.; Körper, D.; Koseoglou, P.; Kubota, Y.; Kuti, I.; Li, P. J.; Lehr, C.; Lindberg, S.; Liu, Y.; Marqués, F. M.; Masuoka, S.; Matsumoto, M.; Mayer, J.; Miki, K.; Monteagudo, B.; Nakamura, T.; Nilsson, T.; Obertelli, A.; Orr, N. A.; Otsu, H.; Park, S. Y.; Parlog, M.; Potlog, P. M.; Reichert, S.; Revel, A.; Saito, A. T.; Sasano, M.; Scheit, H.; Schindler, F.; Shimoura, S.; Simon, H.; Stuhl, L.; Suzuki, H.; Symochko, D.; Takeda, H.; Tanaka, J.; Togano, Y.; Tomai, T.; Törnqvist, H. T.; Tscheuschner, J.; Uesaka, T.; Wagner, V.; Yamada, H.; Yang, B.; Yang, L.; Yang, Z. H.; Yasuda, M.; Yoneda, K.; Zanetti, L.; Zenihiro, J.; Zhukov, M. V.

Observation of a correlated free four-neutron system

M. Duer (), T. Aumann, R. Gernhäuser, V. Panin, S. Paschalis, D. M. Rossi, N. L. Achouri, D. Ahn, H. Baba, C. A. Bertulani, M. Böhmer, K. Boretzky, C. Caesar, N. Chiga, A. Corsi, D. Cortina-Gil, C. A. Douma, F. Dufter, Z. Elekes, J. Feng, B. Fernández-Domínguez, U. Forsberg, N. Fukuda, I. Gasparic, Z. Ge, J. M. Gheller, J. Gibelin, A. Gillibert, K. I. Hahn, Z. Halász, M. N. Harakeh, A. Hirayama, M. Holl, N. Inabe, T. Isobe, J. Kahlbow, N. Kalantar-Nayestanaki, D. Kim, S. Kim, T. Kobayashi, Y. Kondo, D. Körper, P. Koseoglou, Y. Kubota, I. Kuti, P. J. Li, C. Lehr, S. Lindberg, Y. Liu, F. M. Marqués, S. Masuoka, M. Matsumoto, J. Mayer, K. Miki, B. Monteagudo, T. Nakamura, T. Nilsson, A. Obertelli, N. A. Orr, H. Otsu, S. Y. Park, M. Parlog, P. M. Potlog, S. Reichert, A. Revel, A. T. Saito, M. Sasano, H. Scheit, F. Schindler, S. Shimoura, H. Simon, L. Stuhl, H. Suzuki, D. Symochko, H. Takeda, J. Tanaka, Y. Togano, T. Tomai, H. T. Törnqvist, J. Tscheuschner, T. Uesaka, V. Wagner, H. Yamada, B. Yang, L. Yang, Z. H. Yang, M. Yasuda, K. Yoneda, L. Zanetti, J. Zenihiro and M. V. Zhukov
Additional contact information
M. Duer: Technische Universität Darmstadt, Fachbereich Physik
T. Aumann: Technische Universität Darmstadt, Fachbereich Physik
R. Gernhäuser: Technische Universität München, Physik Department
V. Panin: GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung GmbH
S. Paschalis: Technische Universität Darmstadt, Fachbereich Physik
D. M. Rossi: Technische Universität Darmstadt, Fachbereich Physik
N. L. Achouri: LPC-Caen, IN2P3/CNRS, UniCaen, ENSICAEN, Normandie Université
D. Ahn: RIKEN Nishina Center for Accelerator-Based Science
H. Baba: RIKEN Nishina Center for Accelerator-Based Science
C. A. Bertulani: Texas A&M University-Commerce
M. Böhmer: Technische Universität München, Physik Department
K. Boretzky: GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung GmbH
C. Caesar: Technische Universität Darmstadt, Fachbereich Physik
N. Chiga: RIKEN Nishina Center for Accelerator-Based Science
A. Corsi: IRFU, CEA, Université Paris-Saclay
D. Cortina-Gil: Universidade de Santiago de Compostela
C. A. Douma: ESRIG, University of Groningen
F. Dufter: Technische Universität München, Physik Department
Z. Elekes: Atomki, Eötvös Loránd Research Network (ELKH)
J. Feng: Peking University
B. Fernández-Domínguez: Universidade de Santiago de Compostela
U. Forsberg: University of York
N. Fukuda: RIKEN Nishina Center for Accelerator-Based Science
I. Gasparic: Technische Universität Darmstadt, Fachbereich Physik
Z. Ge: RIKEN Nishina Center for Accelerator-Based Science
J. M. Gheller: IRFU, CEA, Université Paris-Saclay
J. Gibelin: LPC-Caen, IN2P3/CNRS, UniCaen, ENSICAEN, Normandie Université
A. Gillibert: IRFU, CEA, Université Paris-Saclay
K. I. Hahn: Ewha Womans University
Z. Halász: Atomki, Eötvös Loránd Research Network (ELKH)
M. N. Harakeh: ESRIG, University of Groningen
A. Hirayama: Tokyo Institute of Technology
M. Holl: Technische Universität Darmstadt, Fachbereich Physik
N. Inabe: RIKEN Nishina Center for Accelerator-Based Science
T. Isobe: RIKEN Nishina Center for Accelerator-Based Science
J. Kahlbow: Technische Universität Darmstadt, Fachbereich Physik
N. Kalantar-Nayestanaki: ESRIG, University of Groningen
D. Kim: Institute for Basic Science
S. Kim: Technische Universität Darmstadt, Fachbereich Physik
T. Kobayashi: Tohoku University
Y. Kondo: Tokyo Institute of Technology
D. Körper: GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung GmbH
P. Koseoglou: Technische Universität Darmstadt, Fachbereich Physik
Y. Kubota: RIKEN Nishina Center for Accelerator-Based Science
I. Kuti: Atomki, Eötvös Loránd Research Network (ELKH)
P. J. Li: The University of Hong Kong
C. Lehr: Technische Universität Darmstadt, Fachbereich Physik
S. Lindberg: Chalmers University of Technology
Y. Liu: Peking University
F. M. Marqués: LPC-Caen, IN2P3/CNRS, UniCaen, ENSICAEN, Normandie Université
S. Masuoka: The University of Tokyo
M. Matsumoto: Tokyo Institute of Technology
J. Mayer: Universität zu Köln, Institut für Kernphysik
K. Miki: Technische Universität Darmstadt, Fachbereich Physik
B. Monteagudo: LPC-Caen, IN2P3/CNRS, UniCaen, ENSICAEN, Normandie Université
T. Nakamura: Tokyo Institute of Technology
T. Nilsson: Chalmers University of Technology
A. Obertelli: Technische Universität Darmstadt, Fachbereich Physik
N. A. Orr: LPC-Caen, IN2P3/CNRS, UniCaen, ENSICAEN, Normandie Université
H. Otsu: RIKEN Nishina Center for Accelerator-Based Science
S. Y. Park: Ewha Womans University
M. Parlog: LPC-Caen, IN2P3/CNRS, UniCaen, ENSICAEN, Normandie Université
P. M. Potlog: Institute of Space Sciences
S. Reichert: Technische Universität München, Physik Department
A. Revel: LPC-Caen, IN2P3/CNRS, UniCaen, ENSICAEN, Normandie Université
A. T. Saito: Tokyo Institute of Technology
M. Sasano: RIKEN Nishina Center for Accelerator-Based Science
H. Scheit: Technische Universität Darmstadt, Fachbereich Physik
F. Schindler: Technische Universität Darmstadt, Fachbereich Physik
S. Shimoura: The University of Tokyo
H. Simon: GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung GmbH
L. Stuhl: Institute for Basic Science
H. Suzuki: RIKEN Nishina Center for Accelerator-Based Science
D. Symochko: Technische Universität Darmstadt, Fachbereich Physik
H. Takeda: RIKEN Nishina Center for Accelerator-Based Science
J. Tanaka: Technische Universität Darmstadt, Fachbereich Physik
Y. Togano: Tokyo Institute of Technology
T. Tomai: Tokyo Institute of Technology
H. T. Törnqvist: Technische Universität Darmstadt, Fachbereich Physik
J. Tscheuschner: Technische Universität Darmstadt, Fachbereich Physik
T. Uesaka: RIKEN Nishina Center for Accelerator-Based Science
V. Wagner: Technische Universität Darmstadt, Fachbereich Physik
H. Yamada: Tokyo Institute of Technology
B. Yang: Peking University
L. Yang: The University of Tokyo
Z. H. Yang: RIKEN Nishina Center for Accelerator-Based Science
M. Yasuda: Tokyo Institute of Technology
K. Yoneda: RIKEN Nishina Center for Accelerator-Based Science
L. Zanetti: Technische Universität Darmstadt, Fachbereich Physik
J. Zenihiro: RIKEN Nishina Center for Accelerator-Based Science
M. V. Zhukov: Chalmers University of Technology

Nature, 2022, vol. 606, issue 7915, 678-682

Abstract: Abstract A long-standing question in nuclear physics is whether chargeless nuclear systems can exist. To our knowledge, only neutron stars represent near-pure neutron systems, where neutrons are squeezed together by the gravitational force to very high densities. The experimental search for isolated multi-neutron systems has been an ongoing quest for several decades1, with a particular focus on the four-neutron system called the tetraneutron, resulting in only a few indications of its existence so far2–4, leaving the tetraneutron an elusive nuclear system for six decades. Here we report on the observation of a resonance-like structure near threshold in the four-neutron system that is consistent with a quasi-bound tetraneutron state existing for a very short time. The measured energy and width of this state provide a key benchmark for our understanding of the nuclear force. The use of an experimental approach based on a knockout reaction at large momentum transfer with a radioactive high-energy 8He beam was key.

Date: 2022
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