Közvetett bizonyítékot találtak a tetraneutronok létezésére

A négy neutronból álló részecskékkel az a probléma, hogy létük összeegyeztethetetlen a kvantummechanika egyik sarokkövének tekintett Pauli-elvvel.

Közvetett bizonyítékot találtak a tetraneutronok létezésére

A gravitációs hullámok detektálásáról szóló hírözönben egy kicsit elsikkadt egy szintén fontos új eredmény, amely ellentmond a legelfogadottabb részecskefizikai modelleknek. A japán RIKEN kutatóintézet szakértői ugyanis közvetett bizonyítékokat találtakegy négy neutronból álló részecske létezésére, ami a releváns teóriák ismeretében képtelenségnek tűnik.

A furcsa részecskével kapcsolatban évtizedek óta voltak spekulációk, amelyek azonban néhány kevéssé megbízható kísérletre alapozódtak. A tetraneutronok lehetőségét igazándiból akkor kezdte komolyan venni a szélesebb szakmai közösség, amikor 2001-ben egy részecskeütköztetési projekt szokatlan eredményt produkált. A francia GANIL részecskegyorsítóban Francisco-Miguel Marqués és kollégái berillium-14 atomokat lőttek ki egy szén célpontra, hogy megfigyeljék, milyen részecskék keletkeznek a folyamat során.

A berillium-14 különlegessége, hogy a kis tömegszámú atomok többségével ellentétben úgynevezett nukleonudvarral rendelkezik, vagyis gyakorlatilag két részből áll: egy belső atommagból, és egy ettől elkülönülő külső halóból, amely jelen esetben négy neutronból épül fel. A kutatók azt várták, hogy amikor a kísérlet során ez a haló szétesik, négy önálló neutronná fog szétszakadni. A várt négy jel helyett azonban a detektor egyetlen erősebb jelet észlelt, amiből a szakértők arra következtettek, hogy a neutronok valahogyan együtt maradtak, a leszakadás után egy négy neutronból álló részecskét hozva létre.

Ezzel azonban az a probléma, hogy a Pauli-elv szerint két azonos fermion (proton, neutron, elektron stb.) egy időben nem foglalhatja el ugyanazt a kvantumállapotot. A kvantummechanika egyik legjobban ellenőrzött és legelfogadottabb törvénye magyarázza meg az elektronhéjak, és ezzel a kémiai folyamatok létezését, és azt is, hogy anyagnak miért van kiterjedése. Visszatérve a problematikus eredményre, a Pauli-elv értelmében proton hiányábankét neutronnak sem lenne szabad egymáshoz kapcsolódnia, nemhogy négynek. A négy részecske egyszerre való észlelése viszont pontosan erre utal.

A természetben persze létezik olyan rendszer, amely ennél sokkal több neutronból áll össze. A neutroncsillagokról van szó, ezek esetében azonban nem beszélhetünk sokneutronos részecskékről, az önálló fermionokat ugyanis nem a magerők, hanem a gravitáció tartja össze. Az pedig, hogy a csillagnak van fizikai kiterjedése, pontosan annak köszönhető, hogy az azonos kvantumállapotú neutronokat távol tartja egymástól a Pauli-elv által megmagyarázott degenerációs nyomás.

Négy neutron esetében a gravitáció nem lehet magyarázat ezek összetartására, Marqués megfigyelésére éppen ezért sokan felkapták a fejüket. Amikor azonban a következő évek során senkinek sem sikerült hasonló végkimenetellel megismételnie a kísérletet, egyre inkább úgy tűnt, hogy a furcsa jel csak valami hiba folytán detektálódott.

Ez persze abban nem akadályozta meg a kutatókat, hogy a tetraneutronok létezésének elméleti következményeivel foglalkozzanak, miközben mások ellenérveket sorakoztattak fel ezen teóriákkal szemben. Számos kísérleti fizikus sem adta fel a keresést, és pontosan egy ilyen projekt hozta meg a bevezetőben említett eredményt. A RIKEN kutatói kifejezetten tetraneutronokat keresve állították össze kísérletüket, amelynek során nehéz hélium atommagokat lőttek ki folyékony héliumra.

A héliumnyaláb két protonból és hat neutronból álló nukleuszokból állt, míg a célpont „mezei”, két protonból és két neutronból felépülő héliumot tartalmazott. Az ütközések során négy alkalommal is négy protonból és négy neutronból álló berillium keletkezését detektálták a kutatók, a négy plusz neutron pedig ezzel egy időben látszólag felszívódott, majd a másodperc töredéke (10ˆ-21 s) elteltével olyan bomlástermékek bukkantak fel, amelyek konzisztensek egy tetraneutron bomlásával.

Az új kísérlet tehát közvetett bizonyítékot szolgáltat a tetraneutronok létezésére. Bár magát a részecskét nem sikerült észlelni, az átmenetileg hiányzó tömeg a kutatók szerint az eddigi legerősebb bizonyíték annak létezésére. Mindez ugyanakkor még mindig kevés ahhoz, hogy a tetraneutront biztosan létezőnek tekintsük, és azt sem jelenti, hogy le kell mondanunk a Pauli-elvről. Ha azonban a részecskét közvetlenül is sikerül detektálni, amin jelenleg a RIKEN kutatóin kívül több más tudóscsoport is dolgozik, az jelentős változásokat hozhat a fizika frontján.

Tesztek

{{ i }}
arrow_backward arrow_forward
{{ content.commentCount }}

{{ content.title }}

{{ content.lead }}
{{ content.rate }} %
{{ content.title }}
{{ totalTranslation }}
{{ orderNumber }}
{{ showMoreLabelTranslation }}
A komment írásához előbb jelentkezz be!
Még nem érkeztek hozzászólások ehhez a cikkhez!
Segíts másoknak, mond el mit gondolsz a cikkről.
{{ showMoreCountLabel }}

Kapcsolódó cikkek

Magazin címlap arrow_forward