یک ذره چهار نوترونی به نام تترنوترون، که به طور خلاصه به عنوان "رزونانس" تشکیل می شود، در ژاپن توسط محققانی مشاهده شده است که با هسته های بسیار غنی از نوترون با پروتون ها برخورد کردند. این تشخیص با اهمیت آماری بیشتر از 5σ انجام شد و آن را در آستانه کشف در فیزیک ذرات قرار داد. این به طور قاطع به این سؤال طولانی مدت پاسخ می دهد که آیا ماده هسته ای بار نشده می تواند وجود داشته باشد یا خیر، و انگیزه جستجو برای ذرات خنثی عجیب و غریب تر - و بالقوه طولانی تر - خواهد بود.
نوترون‌های آزاد از طریق برهمکنش ضعیف در حدود ۱۵ دقیقه به پروتون، الکترون و پادنوترینو تجزیه می‌شوند. با این حال، نوترون ها در سیستم های محدود تحت شرایط خاصی تجزیه نمی شوند. به عنوان مثال، در هسته های اتمی، نوترون ها توسط نیروی هسته ای قوی ثابت نگه داشته می شوند. ستارگان نوترونی نیز به دلیل تأثیر گرانش شدید بر نوترون های تشکیل دهنده خود پایدار هستند. در نتیجه، فیزیکدانان برای دهه‌ها به این فکر می‌کردند که آیا ذرات هسته‌مانندی که صرفاً از نوترون ساخته شده‌اند، حتی اگر زودگذر باشند، می‌توانند وجود داشته باشند.
ساده‌ترین چنین ذره‌ای دی نوترون خواهد بود – متشکل از دو نوترون – اما محاسبات نشان می‌دهد که این ذره محدود نمی‌شود. با این حال، تنها یک افزایش انرژی پتانسیل خفیف مرتبط با تشکیل دی نوترون وجود دارد. این امر فیزیکدانان را تشویق کرده است تا به دنبال ذرات پیچیده تری مانند سه نوترون و تترنوترون باشند، به ویژه از زمانی که فناوری بمباران اهداف با پرتوهای یون رادیواکتیو در پایان قرن بیستم توسعه یافت. در سال 20، محققان در فرانسه و جاهای دیگر، نشانه ظاهری یک تترنوترون را در برخوردهای بریلیوم-2002 گزارش کردند. با این حال، چندین تحلیل نظری متعاقب، نشان داد که برای تطبیق یک تترنوترون محدود، محققان باید قوانین فیزیک را به گونه‌ای اصلاح کنند که آنها را با نتایج تجربی تثبیت‌شده ناسازگار کند.
فنرهای شکسته
با این حال، محاسبات احتمال وجود یک حالت تترنوترونی «رزونانسی» متمایل به پایدار را باز گذاشت. چنین حالت‌هایی زمانی رخ می‌دهد که یک ذره انرژی بالاتری نسبت به اجزای جدا شده‌اش داشته باشد، اما نیروی جذاب هسته‌ای قوی به‌طور لحظه‌ای مانع از جدا شدن اجزا می‌شود. جیمز واری او توضیح می‌دهد که از دانشگاه ایالتی آیووا در ایالات متحده یک قیاس را ارائه می‌کند: «فرض کنیم من این چهار نوترون را دارم، و هر کدام توسط یک فنر به یکدیگر متصل شده‌اند». برای چهار ذره در مجموع به شش فنر نیاز دارید. آنها از نظر مکانیکی کوانتومی در سرتاسر مکان در حال نوسان هستند و انرژی ذخیره شده در سیستم در واقع مثبت است. اگر فنرها بشکنند - که می تواند خود به خود اتفاق بیفتد - از هم جدا می شوند - و انرژی ذخیره شده در آن نوسانات آزاد می شود.
در سال 2016، محققان در مرکز RIKEN نیشینا در ژاپن و جاهای دیگر شواهد آزمایشی برای حالت تشدید تترنوترون مانند هنگام برخورد پرتو هلیوم-8 - غنی ترین ایزوتوپ محدود از نوترون شناخته شده - با هدف هلیوم-4 گزارش شده است. گاهی اوقات هلیوم-4 دو پیون را با هلیوم-8 مبادله می کند تا بریلیوم-8 تولید کند و هلیم-4 را به یک تترنوترون تبدیل کند. سپس هسته بریلیوم-8 به دو هسته هلیوم-4 دیگر تجزیه شد که شناسایی و برای بازسازی انرژی تترنوترون مورد استفاده قرار گرفت. این نتایج با خواص استنباط شده تترنوترون مطابقت داشت، با این حال، حجم و دقت داده ها کم بود. استفانوس پاشالیس از دانشگاه یورک بریتانیا توضیح می‌دهد: «بر اساس آن سیگنال، که چهار مورد بود، بخش بزرگی از جامعه در مورد وجود حالت تشدید تترنوترون تردید داشتند».
رویکرد مستقیم تر
در تحقیق جدید، پاشالیس و همکارانش با استفاده از مرکز RIKEN Nishina رویکرد مستقیم تری داشتند. کارخانه پرتو یون رادیواکتیو هلیوم 8 را به هیدروژن مایع تبدیل می کند و در نتیجه اتم ها را از پروتون ها پراکنده می کند. Paschalis توضیح می دهد: «هلیوم-8 دارای یک هسته آلفا-ذره بسیار خوب (هلیوم-4) است و سپس چهار نوترون دیگر در اطراف پرواز می کنند. ما با پروتون خود، این ذره آلفا را ناگهان حذف می کنیم و سپس چهار نوترون را در همان پیکربندی می گذاریم.
محققان لحظه‌های هلیوم-8 ورودی، پروتون‌های پراکنده و هسته‌های هلیوم-4 را در 422 تشخیص همزمان ثبت کردند و انرژی از دست رفته را ترسیم کردند. آنها یک اوج کاملاً مشخص را دقیقاً بالای صفر مشاهده کردند که نشان‌دهنده یک ذره است که با حدود 2 مگا الکترون ولت محدود نشده است. پاشالیس می گوید: "شکی نیست که این سیگنال از نظر آماری قابل توجه است و ما باید آن را درک کنیم."
با مشاهده خوشه های فرضی در آلمان، شواهد برای تترنوترون ها افزایش می یابد.
واری، که در این تحقیق شرکت نداشت، کار را به سه دلیل "بسیار مهم" توصیف می کند. «این [مشاهده] آمار بسیار خوبی دارد و از نظر من ادعای کشف کاملاً معتبر است. دوم این است که آنها انرژی را با دقت خوبی اندازه گیری می کنند، و سوم اینکه آنها عرض رزونانس را اندازه می گیرند - که طول عمر را به شما می دهد. اینها مقادیری هستند که تئوری می تواند آنها را محاسبه کند و سعی کند آنها را با آزمایش مقایسه کند." او می‌گوید اکنون محققان به دنبال حالت‌های عجیب‌تر خواهند بود: «شش نوترون چطور؟ هشت نوترون چطور؟ آیا آنها می‌توانند حالت‌های تشدید یا حتی حالت‌های محدود طولانی‌تری را تشکیل دهند که از طریق برهمکنش ضعیف تحلیل می‌روند؟»
پاشالیس می‌گوید که محققان در حال برنامه‌ریزی برای کشف این موضوع هستند و همچنین ساختار ذره‌ای را که قبلاً با جزئیات بیشتری یافته‌اند بررسی کنند.
تحقیق در شرح داده شده است طبیعت.
