Japán fizikusok az eddig legmeggyőzőbb kísérleti bizonyítékokat találták a tetraneutron létezésére. A mérleg immár arra billenhet, hogy e részecske nemcsak fikció, noha atomfizikai tudásunk ennek inkább ellentmondani látszik. Ha a RIKEN kutatóközpontban végzett kísérletet független kutatócsoportok azonos eredménnyel ismétlik meg, az gyökeresen megváltoztathatja a magerőkről alkotott elméleteket.
A neutronok
A neutronok meglepően nehezen vizsgálható részecskék, és számtalan elmélet foglalkozik velük. Ők azok a tényezők, amelyek leküzdik a protonok közti taszítást, és „összeragasztják” az atommagot, mint ahogy az már majdnem egy évszázada köztudott. Mindazonáltal a magános neutron instabil, és 15 percen belül protonra és egyéb részecskékre bomlik. A neutronokat azért is nehéz laboratóriumban befolyásolni, mert semleges töltésűek, így nem hat rájuk sem az elektromos, sem a mágneses mező.
A tetraneutron egy eddig csak feltételezésekben élő atommag, amely négy neutronból és nulla protonból áll. Ismereteink szerint ez nem lehetséges felállás – de mi szól az ellen, hogy négy neutron együtt részecskét alkosson? Mindösszesen csak a részecskefizika egyik alaptétele, a Pauli-féle kizárási elv, miszerint azonos rendszeren belül két részecske nem lehet azonos kvantumállapotban – pláne nem lehet négy.
A részecske előélete
A tudósok véleménye tehát erősen megoszlik arról, hogy létezhet-e egyáltalán csak neutronokból álló részecske. Egyes kutatók mégis már évtizedek óta próbálnak a legendás tetraneutron nyomára bukkanni. És habár egy 1965-ös tanulmány arra a véglegesnek tűnő következtetésre jutott, hogy bizonyíték hiányában a részecske létezése valószínűtlen, néhány éve egy kutatócsoport olyan kísérleti megfigyelésekről számolt be, amelyeket csak ezzel az atommaggal lehet megmagyarázni.
A teszteket Francisco-Miguel Marqués és csapata végezte a franciaországi Ganil részecskegyorsítóban 2002-ben. Ennek során berillium-14 atomokat ütköztettek szénatomokkal abban a reményben, hogy a berillium négyes neutronklaszterje leválik, és megvizsgálhatják a viselkedését. Ám amikor ez sikerült, négy kisebb, elkülönülő csóva helyett meglepő módon egyetlen nagyot detektáltak. Ez arra engedett következtetni, hogy a neutronok együtt távoztak az atommagból, nem pedig egyenként.
A csapat 2004-ben újból hasonló eredményt ért el, ugyanakkor ilyen jelenséget más független csoportnak nem sikerült reprodukálni, egészen mostanáig.
A kísérlet
A reakció vázlata
A Tokiói Egyetem Természettudományos Doktori Iskolája szóban forgó kutatócsapatának kísérleteiben szintén szerepet kapott a berillium. A csapat neutronban gazdag héliumatommagokból álló (két proton és hat neutron per mag) nyalábot lőtt ki a hélium legközönségesebb formája által – amelynek atommagja két protonból és két neutronból tevődik össze – alkotott folyadékra.
A reakcióban berillium atommagok jöttek létre négy protonnal és négy neutronnal, a maradék négy neutron pedig eltűnt. Rejtélyes eltűnésük csak a másodperc trilliomod részének millárdad részéig tartott, mielőtt más részecskévé bomolva újra megjelentek.
„Az egyszerű számtani kényszer azt diktálta, hogy négy neutronnak még valahol lennie kell – de vajon egymáshoz kötődtek, egyetlen részecskeként, vagy különböző irányokba távoztak[…]?” – kérdezte Szuszumu Simura, a csapat egyik kutatója. A válasz meglelésére a részecskék által leadott energiát kezdték el vizsgálni, és azt találták, hogy az nem lehet elég a négy neutron külön távozásához, vagyis a semleges részecskéknek egy tetraneutron tömörülésben kellett egyesülniük.
Miért olyan fontos ez?
Ahhoz, hogy a neutronok képesek legyenek egy részecskévé kovácsolódni bármily kevés ideig is, fel kell tételezni egy eddig ismeretlen magerőt, amely magános neutronok között lép fel. Ez alapvetően megváltoztathatja a hivatalos fizika tételeit, ami nem számít mindennapos eseménynek most, a gravitációs hullámok felfedezésének árnyékában sem.
Mindemellett e felfedezés olyan, ma csak felszínesen értett jelenségek mélyebb megismerését is szolgálhatja, ahol sok neutron fordul elő együtt. Ilyenek többek között az óriás atommagok és a neutroncsillagok is.
Források:
http://www.asianscientist.com/2016/01/in-the-lab/tokyo-tetraneutron-proton/
https://www.sciencenews.org/article/physicists-find-signs-four-neutron-nucleus
http://io9.gizmodo.com/just-how-impossible-is-this-elusive-particle-1690858785
https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.116.052501
