Se dezbate de zeci de ani dacă există sau nu un nucleu care să conțină doar neutroni. Recent, în cadrul unor experimente efectuate în Germania la Garching, s-au observat semnale ale posibilei existențe ale unui sistem legat, format din patru neutroni – așa-numitul tetraneutron.
Atomii
Elementele chimice, adică atomii, sunt formate din nuclee și electroni. Nucleele la rândul lor sunt alcătuite din protoni și neutroni, care sunt ținuți împreună în nuclee prin intermediul interacțiunii nucleare. Există circa 120 de elemente chimice, unele dintre acestea fiind generate și observate doar în experimente la acceleratoarele de particule, întrucât nu sunt stabile. Toți atomii pe care îi cunoaștem, cu excepția hidrogenului, care are nucleul format dintr-un proton, au nuclee care conțin atât neutroni, cât și protoni.
Nucleele atomilor
Deci nucleele atomilor conțin neutroni și protoni; un element chimic poate să conțină un număr variabil de neutroni, în acest caz fiind vorba despre izotopi.
Numărul neutronilor de obicei depășește numărul protonilor; cu cât mai greu este un nucleu, cu atât diferența între numărul neutronilor și a protonilor este mai mare.
Neutronii și protonii sunt ținuți în nuclee de forța nucleară tare. Această forță (mai corect spus interacțiune) nu este încă înțeleasă în detaliu.
Una dintre întrebările cele mai interesante este dacă pot exista sisteme nucleare care să conțină doar neutroni.
Nucleele formate doar din neutroni
În acest context, de zeci de ani de zile se dezbate problema posibilei existențe a unui sistem legat format doar din neutroni – precum așa-numitul tetraneutron – un sistem care conține patru neutroni.
Ce înseamnă sistem legat? Precum în cazul nucleelor atomilor normali, suma masei neutronilor și a protonilor este mai mare decât masa nucleului, diferența de masă fiind reprezentată de energia de legătură (cu care aceste particule sunt legate în nucleu).
Au fost avansate mai multe ipoteze: unele spuneau că acest sistem de patru neutroni legați există, cu o energie de legătură însă foarte mică, altele că nu există un astfel de sistem – nu este legat.
Primele rezultate
În timp ce teoreticienii calculau energia de legătură a sistemului de patru neutroni, fizicienii experimentatori încercau să măsoare un astfel de sistem.
Acum circa 20 de ani au fost efectuate studii în care un grup de cercetători francezi au arătat că ar fi găsit un astfel de sistem legat. Studii ulterioare, însă, au indicat că metoda folosită nu era cea corectă.
Ulterior, în 2016 un grup de cercetători din Japonia a efectuat un experiment în care ciocneau nuclee de heliu-4 cu nuclee de heliu-8, încercând să descopere dacă se produce nucleul de beriliu-8, ceea ce ar fi însemnat că se produce și un sistem legat de patru neutroni; nu l-au descoperit, însă, ajungând la concluzia că nu există.
Noile rezultate din Germania
Un nou experiment efectuat la Garching în Germania arată însă că un sistem de patru neutroni legați între ei ar exista.
Cercetătorii, care au publicat rezultatele în revista Physics Letters B sub titlul „Indications for a bound tetraneutron”, au ciocnit nuclee de litiu-7 cu nuclee tot de litiu-7 accelerate la 12% din viteza luminii. Aceștia au măsurat nuclee de carbon-10, ceea ce înseamnă că au fost produse și nuclee care conțin patru neutroni. Energia de legătură este foarte mică, de doar circa 0,42 MeV, iar semnificația statistică de circa 3 sigma. Este prea devreme să fim siguri, însă datele obținute ar indica existența acestui sistem legat.
Acest studiu este extrem de interesant, atât pentru fizica nucleară, cât și pentru astrofizică, pentru studiul fascinantelor stele neutronice.
Credit imagine: Thomas Faestermann / Technical University of Munich
