นักวิจัยญี่ปุ่นพบอนุภาคสี่นิวตรอนที่เรียกว่าเตตระนิวตรอน ซึ่งก่อตัวเป็น "เสียงสะท้อน" สั้น ๆ ในญี่ปุ่นโดยนักวิจัยที่ชนนิวเคลียสที่อุดมด้วยนิวตรอนกับโปรตอน การตรวจจับมีนัยสำคัญทางสถิติมากกว่า 5σ ซึ่งทำให้เกินขีดจำกัดสำหรับการค้นพบฟิสิกส์อนุภาค คำตอบนี้จะตอบคำถามที่มีมาอย่างยาวนานว่าสสารนิวเคลียร์ที่ไม่มีประจุจะมีอยู่จริงหรือไม่ และจะกระตุ้นการค้นหาอนุภาคที่เป็นกลางที่แปลกใหม่และอาจมีอายุยืนยาวขึ้น
นิวตรอนอิสระสลายไปเป็นโปรตอน อิเล็กตรอน และแอนตินิวตริโนผ่านปฏิกิริยาที่อ่อนแอในเวลาประมาณ 15 นาที อย่างไรก็ตาม นิวตรอนในระบบที่ถูกผูกไว้จะไม่สลายตัวภายใต้เงื่อนไขบางประการ ตัวอย่างเช่น ในนิวเคลียสของอะตอม นิวตรอนจะคงความเสถียรไว้โดยแรงนิวเคลียร์อย่างแรง ดาวนิวตรอนยังเสถียรด้วยผลของแรงโน้มถ่วงที่รุนแรงต่อนิวตรอนที่เป็นส่วนประกอบ ด้วยเหตุนี้ นักฟิสิกส์จึงสงสัยมานานหลายทศวรรษแล้วว่าอนุภาคคล้ายนิวเคลียสที่สร้างจากนิวตรอนเพียงอย่างเดียวจะมีอยู่จริงหรือไม่ แม้ว่าจะหายวับไปก็ตาม
อนุภาคที่ง่ายที่สุดก็คือ ไดนิวตรอน ซึ่งประกอบด้วยนิวตรอน 20 ตัว แต่การคำนวณแนะนำว่าอนุภาคนี้จะไม่ถูกผูกมัด อย่างไรก็ตาม มีการเพิ่มพลังงานที่อาจเกิดขึ้นเพียงเล็กน้อยที่เกี่ยวข้องกับการสร้างไดนิวตรอน สิ่งนี้สนับสนุนให้นักฟิสิกส์มองหาอนุภาคที่ซับซ้อนมากขึ้น เช่น ไตรนิวตรอนและเตตระนิวตรอน โดยเฉพาะอย่างยิ่งเนื่องจากเทคโนโลยีในการทิ้งระเบิดเป้าหมายด้วยลำแสงไอออนกัมมันตภาพรังสีได้รับการพัฒนาเมื่อปลายศตวรรษที่ 2002 ในปี 14 นักวิจัยในฝรั่งเศสและที่อื่น ๆ รายงานว่ามีเตตระนิวตรอนที่ชนกันของเบริลเลียม-XNUMX อย่างไรก็ตาม การวิเคราะห์ทางทฤษฎีที่ตามมาหลายครั้งแนะนำว่าเพื่อรองรับนักวิจัยเตตระนิวตรอนที่ถูกผูกมัดจะต้องปรับเปลี่ยนกฎของฟิสิกส์ในลักษณะที่จะทำให้ไม่สอดคล้องกับผลการทดลองที่เป็นที่ยอมรับ
สปริงแตก
อย่างไรก็ตาม การคำนวณได้เปิดโอกาสที่สถานะเตตระนิวตรอนแบบ metastable อาจมีอยู่ สถานะดังกล่าวเกิดขึ้นเมื่ออนุภาคมีพลังงานสูงกว่าองค์ประกอบที่แยกจากกัน แต่แรงนิวเคลียร์ที่แข็งแกร่งที่น่าดึงดูดนั้นขัดขวางไม่ให้ส่วนประกอบแยกออกจากกันชั่วขณะ เจมส์ วารี ของ Iowa State University ในสหรัฐอเมริกาเสนอการเปรียบเทียบ: “สมมุติว่าฉันมีนิวตรอนสี่ตัวนี้ และแต่ละนิวตรอนติดอยู่กับนิวตรอนแต่ละตัวด้วยสปริง” เขาอธิบาย; “สำหรับสี่อนุภาค คุณต้องมีสปริงทั้งหมดหกตัว กลไกควอนตัมกำลังสั่นอยู่ทั่วทุกแห่ง และพลังงานที่เก็บไว้ในระบบนั้นเป็นบวกจริงๆ หากสปริงแตก - ซึ่งสามารถเกิดขึ้นได้เอง - พวกมันแยกจากกัน - ปล่อยพลังงานที่เก็บไว้ในการแกว่งเหล่านั้น”
ในปี 2016 นักวิจัยที่ ริเคน นิชินะ เซ็นเตอร์ ในญี่ปุ่นและที่อื่นๆ รายงานหลักฐานเบื้องต้นเกี่ยวกับสถานะคล้ายเตตระนิวตรอนเมื่อชนกับลำแสงฮีเลียม-8 ซึ่งเป็นไอโซโทปที่จับที่อุดมด้วยนิวตรอนมากที่สุด โดยมีเป้าหมายเป็นฮีเลียม-4 ในบางครั้ง ฮีเลียม-4 แลกเปลี่ยนสองไพออนกับฮีเลียม-8 เพื่อผลิตเบริลเลียม-8 และเปลี่ยนฮีเลียม-4 ให้เป็นเตตระนิวตรอน จากนั้นนิวเคลียสเบริลเลียม-8 สลายตัวเป็นนิวเคลียสฮีเลียม-4 อีกสองนิวเคลียสซึ่งตรวจพบและนำไปใช้เพื่อสร้างพลังงานของเตตระนิวตรอนขึ้นใหม่ ผลลัพธ์เหล่านี้สอดคล้องกับคุณสมบัติที่อนุมานของเตตระนิวตรอน อย่างไรก็ตาม ปริมาตรและความแม่นยำของข้อมูลต่ำ สเตฟานอส ปาชาลิส แห่งมหาวิทยาลัยยอร์กแห่งสหราชอาณาจักรอธิบายว่า "จากสัญญาณดังกล่าว ซึ่งมีการนับสี่ครั้ง ชุมชนส่วนใหญ่ยังคงสงสัยเกี่ยวกับการดำรงอยู่ของสถานะเตตระนิวตรอน"
แนวทางตรงมากขึ้น
ในงานวิจัยชิ้นใหม่ Paschalis และเพื่อนร่วมงานได้ใช้แนวทางที่ตรงกว่าโดยใช้ศูนย์ RIKEN Nishina โรงงานลำแสงไอออนกัมมันตรังสี เพื่อยิงฮีเลียม -8 ให้เป็นไฮโดรเจนเหลว ซึ่งจะทำให้อะตอมกระจัดกระจายออกจากโปรตอน “ฮีเลียม-8 มีแกนอนุภาคแอลฟา (ฮีเลียม-4) ที่กำหนดไว้อย่างดี และมีนิวตรอนอีกสี่ตัวบินไปรอบๆ” Paschalis อธิบาย “ด้วยโปรตอนของเรา เราจะกำจัดอนุภาคแอลฟานี้ออกทันที แล้วปล่อยให้นิวตรอนทั้งสี่อยู่ในรูปแบบเดียวกัน”
นักวิจัยบันทึกโมเมนต์ของฮีเลียม -8 ที่เข้ามา โปรตอนกระจัดกระจาย และนิวเคลียสฮีเลียม-4 ในการตรวจหาโดยบังเอิญ 422 ครั้ง และวางแผนพลังงานที่หายไป พวกเขาสังเกตเห็นจุดสูงสุดที่กำหนดไว้อย่างดีซึ่งอยู่เหนือศูนย์ ซึ่งบ่งชี้ว่าอนุภาคไม่ถูกผูกไว้ประมาณ 2 MeV “ไม่ต้องสงสัยเลยว่าสัญญาณนี้มีนัยสำคัญทางสถิติ และเราควรเข้าใจมัน” Paschalis กล่าว
หลักฐานเพิ่มขึ้นสำหรับ tetraneutrons เนื่องจากกลุ่มสมมุติฐานมีให้เห็นในเยอรมนี
วารี ซึ่งไม่ได้มีส่วนร่วมในการวิจัยนี้ อธิบายว่างานนี้ “มีความสำคัญมาก” ด้วยเหตุผลสามประการ “[การสังเกต] นี้มีสถิติที่ดีมาก และในใจของฉันมันถูกต้องสมบูรณ์ที่จะอ้างสิทธิ์ในการค้นพบ อย่างที่สองคือพวกมันวัดพลังงานได้อย่างแม่นยำ และอย่างที่สามคือพวกมันวัดความกว้างของเรโซแนนซ์ - ซึ่งให้อายุการใช้งานคุณ นั่นคือปริมาณที่ทฤษฎีสามารถคำนวณและพยายามเปรียบเทียบกับการทดลอง” เขากล่าวว่านักวิจัยจะค้นหาสภาวะที่แปลกใหม่ยิ่งขึ้น: "แล้วหกนิวตรอนล่ะ? แล้วแปดนิวตรอนล่ะ? พวกมันสามารถก่อร่างเป็นรัฐที่มีเสียงสะท้อน หรืออาจเป็นสภาวะผูกมัดที่มีอายุยืนยาวซึ่งสลายตัวผ่านการปฏิสัมพันธ์ที่อ่อนแอ?”
Paschalis กล่าวว่านักวิจัยกำลังวางแผนที่จะสำรวจสิ่งนี้ตลอดจนตรวจสอบโครงสร้างของอนุภาคที่พวกเขาพบในรายละเอียดเพิ่มเติม
งานวิจัยได้อธิบายไว้ใน ธรรมชาติ.
