لوحظ جسيم رباعي النيوترونات يسمى رباعي النيوترونات ، والذي يتكون لفترة وجيزة جدًا كـ "صدى" ، في اليابان من قبل الباحثين الذين اصطدموا بنوى غنية بالنيوترونات مع البروتونات. تم الاكتشاف عند أهمية إحصائية أكبر من 5 درجات مئوية ، مما يضعه فوق عتبة الاكتشاف في فيزياء الجسيمات. يجيب هذا بشكل قاطع على السؤال الذي طال أمده حول ما إذا كانت المادة النووية غير المشحونة موجودة أم لا ، وسيحفز البحث عن جسيمات محايدة أكثر غرابة - وربما أطول عمراً -.
تتحلل النيوترونات الحرة إلى البروتونات والإلكترونات ومضادات النيترينو عبر التفاعل الضعيف في حوالي 15 دقيقة. ومع ذلك ، فإن النيوترونات في الأنظمة المقيدة لن تتحلل في ظل ظروف معينة. في النوى الذرية ، على سبيل المثال ، تحافظ القوة النووية الشديدة على استقرار النيوترونات. النجوم النيوترونية مستقرة أيضًا بفضل تأثيرات الجاذبية الشديدة على النيوترونات المكونة لها. نتيجة لذلك ، تساءل الفيزيائيون لعقود طويلة عما إذا كانت الجسيمات الشبيهة بالنواة المصنوعة فقط من النيوترونات يمكن أن توجد ، حتى لو كانت عابرة.
أبسط جسيم من هذا القبيل هو الداينيوترون - الذي يتكون من نيوترونين - لكن الحسابات تشير إلى أن هذا لن يكون مرتبطًا. ومع ذلك ، لا يوجد سوى زيادة طفيفة في الطاقة الكامنة مرتبطة بتكوين الداينيوترون. شجع هذا علماء الفيزياء على البحث عن جسيمات أكثر تعقيدًا مثل trineutron و tetraneutron ، خاصة وأن تقنية قصف الأهداف بحزم أيونية مشعة تم تطويرها في نهاية القرن العشرين. في عام 20 ، أبلغ باحثون في فرنسا وأماكن أخرى عن توقيع واضح لرباعي النيوترونات في تصادم البريليوم 2002. ومع ذلك ، اقترحت العديد من التحليلات النظرية اللاحقة أنه لاستيعاب رباعيترون مرتبط ، يجب على الباحثين تعديل قوانين الفيزياء بطرق تجعلها غير متوافقة مع النتائج التجريبية الراسخة.
الينابيع المكسورة
ومع ذلك ، فقد تركت الحسابات الباب مفتوحًا أمام احتمال وجود حالة رباعيوترونات "رنانة" غير مستقرة. تحدث مثل هذه الحالات عندما يكون للجسيم طاقة أعلى من مكوناته المنفصلة ، لكن القوة النووية القوية الجذابة تعيق مؤقتًا المكونات عن الانفصال. جيمس فاري من جامعة ولاية أيوا في الولايات المتحدة يقدم تشبيهًا: "لنفترض أن لدي هذه النيوترونات الأربعة ، وكل منها مرتبط بالآخر بواسطة زنبرك" ، كما يوضح ؛ لأربعة جسيمات تحتاج إلى ستة نوابض. إنها تتأرجح ميكانيكيًا في كل مكان ، والطاقة المخزنة في النظام هي في الواقع موجبة. إذا انكسرت الينابيع - وهو ما يمكن أن يحدث تلقائيًا - فإنها تتطاير بعيدًا - تطلق الطاقة المخزنة في تلك التذبذبات ".
في عام 2016 ، قام الباحثون في مركز راكن نيشينا في اليابان وأماكن أخرى ، أبلغت عن أدلة مبدئية لحالة طنين تشبه رباعيترون عند اصطدام شعاع من الهليوم -8 - النظير الأكثر ثراءً بالنيوترونات - بهدف الهليوم -4. من حين لآخر ، تبادل الهيليوم -4 بيونين مع الهليوم -8 لإنتاج البريليوم -8 وتحويل الهليوم -4 إلى رباعيترونترون. ثم تلاشت نواة البريليوم -8 إلى نواتين أخريين من الهليوم -4 تم اكتشافهما واستخدامهما لإعادة بناء طاقة رباعيترونترون. كانت هذه النتائج متوافقة مع الخصائص المستنبطة لرباعي النيوترونات ، ومع ذلك ، كان حجم البيانات ودقتها منخفضين. ستيفانوس باسكاليس من جامعة يورك في المملكة المتحدة ، "بناءً على تلك الإشارة ، التي كانت أربع تهم ، ظلت نسبة كبيرة من المجتمع متشككة فيما يتعلق بوجود حالة الطنين الرباعي النترون".
نهج أكثر مباشرة
في البحث الجديد ، اتخذ باسكاليس وزملاؤه نهجًا مباشرًا أكثر باستخدام مركز RIKEN Nishina مصنع الشعاع الأيوني المشع لإطلاق الهليوم -8 في هيدروجين سائل ، وبالتالي تشتت الذرات عن البروتونات. يوضح باسكاليس: "يمتلك الهليوم -8 نواة جسيم ألفا محددة جيدًا (هيليوم -4) ، ثم أربعة نيوترونات أخرى تطير حولها". "بالبروتون الخاص بنا ، نزيل فجأة جسيم ألفا هذا ، ثم نترك الأربعة نيوترونات في نفس التكوين."
سجل الباحثون عزم الهليوم -8 القادم ، والبروتونات المتناثرة ونواة الهليوم -4 في 422 اكتشافًا متزامنًا ورسموا الطاقة المفقودة. لقد لاحظوا ذروة محددة جيدًا فوق الصفر مباشرة ، مما يشير إلى أن الجسيم غير مرتبط بحوالي 2 إلكترون فولت. يقول باسكاليس: "ليس هناك شك في أن هذه الإشارة ذات دلالة إحصائية ، ويجب أن نفهمها".
ينمو الدليل على tetraneutrons حيث يتم إلقاء الضوء على المجموعات الافتراضية في ألمانيا
يصف فاري ، الذي لم يشارك في البحث ، العمل بأنه "مهم للغاية" لثلاثة أسباب. "هذه [الملاحظة] لها إحصائيات جيدة جدًا ، وفي رأيي من الصحيح تمامًا المطالبة باكتشاف. والثاني أنهم يقيسون الطاقة بدقة جيدة ، والثالث أنهم يقيسون عرض الرنين - مما يمنحك العمر. هذه هي الكميات التي يمكن للنظرية حسابها ومحاولة مقارنتها بالتجربة ". ويقول إن الباحثين سيبحثون الآن عن حالات أكثر غرابة: "ماذا عن ستة نيوترونات؟ ماذا عن ثمانية نيوترونات؟ هل يمكن أن تشكل حالات طنين ، أو حتى حالات مقيدة طويلة العمر تتحلل بسبب التفاعل الضعيف؟ "
يقول باسكاليس إن الباحثين يخططون لاستكشاف هذا ، بالإضافة إلى فحص بنية الجسيم التي اكتشفوها بالفعل بمزيد من التفصيل.
تم وصف البحث في الطبيعة.
