A tetraneutron, ahogy a neve is sejteti, négy neutronból álló részecske, amelyet régóta próbálnak előállítani a kutatók és amelynek létezésére már korábban is utaltak jelek, de az eddigi vizsgálatok eredményei nem álltak biztos lábakon és a mérések értelmezése vitára adott okot, mivel a különleges részecske keletkezését csak sejtették az adatok, de nem jelezték egyértelműen.

A tetraneutron egyedi jellegét az adja, hogy az atommag felépítésében részt vevő protonok és neutronok kötődése által kialakult rendszerektől eltérő módon nem tartalmaz töltéssel rendelkező részecskéket, csak semleges tagokat, ez pedig az elméletek szerint kizárja, hogy hosszabb ideig fennálló, egymással a magerő révén vagy más módon átmenetileg kapcsolódó rendszert alkossanak. Bár van rá példa az univerzumban, hogy a szabad neutronokból ilyen csoportosulások jöjjenek létre, de ezeket eddig csak a neutroncsillagokban figyelték meg. A neutroncsillagokban azonban egészen speciális körülmények között léteznek a részecskék a rendkívül nagy gravitációs erő és a csillagok extrém sűrűsége miatt, így a szabad neutronok máshogy viselkednek, mint itt a Földön.

A tetraneutront a japán RIKEN központ RIBF (Radioactive Ion Beam Factory, radioaktív Ionsugár Gyár) berendezésében sikerült megfigyelni a nemzetközi kutatócsapatnak, miután a laboratóriumban előállított, nyolc neutronnal rendelkező héliumatomokkal bombáztak protonokat. A művelet eredményeként kiütötték a héliumban az úgynevezett alfa-részecskét, amely a fő magot alkotta, ennek következtében négy neutron felszabadult, de ahelyett, hogy ezek lebomlottak volna további alrészecskékre, interakcióba léptek egymással és ebben az állapotban maradtak körülbelül 3,8 ( ± 0,8) × 10^-22 másodpercig. A szabad neutronok normális esetben körülbelül 15 percig élnek, ezután protonná, elektronná és antineutrínóvá bomlanak, és köztük lévő interakció során nem alkotnak multi-neutron rendszereket, legalábbis az eddigi vizsgálatok ezt mutatták. A mostani felfedezés ezért is jelentőségteljes: amellett, hogy egy évtizedek óta kutatott jelenség létezését igazolták a fizikusok, az atommagokat alkotó részecskékről, a köztük ható erőkről és a felépítésükről is újabb információkat szerezhetnek a kutatók.

Az RIBF berendezése kifejezetten ezt a célt szolgálja: a világ egyik legerőteljesebb ionsugarát generáló szupravezető ciklotron 18 méter átmérőjű, 8300 tonnát nyom és akár 4000 instabil állapotú atommagból álló sugarakat állít elő. A kutatók a SAMURAI spektroszkópot használták a kísérlet során a mérések elvégzésére és a műszer mögött elhelyezett neutrondetektorokkal elméletileg a további útjukat is meg tudták volna figyelni, de, mivel a vizsgálat bizonyos elrendezése miatt egyszerre négy neutron nem tudtak volna detektálni, ezért ez a mérés végül nem képezte a kísérlet részét.

A tanulmány szerint a megfigyelt rezonáns, tehát nem kötött struktúra konzisztensnek bizonyult a tetraneutron rendszer megjósolt értékeivel, ezért elmondható, hogy 60 éven át tartó próbálkozások után végül sikerült ennek a különleges jelenségnek a nyomára akadni és kísérleti bizonyítékot szerezni a létezésére. Az előállított rendszer tulajdonképpen a "világ legkisebb neutroncsillagának" is nevezhető a Müncheni Műszaki Egyetem kutatójának, Roman Gernhäusernek elmondása szerint, de a kialakulásának és viselkedésének működését még újabb kísérletekben vizsgálják tovább.

A mérések folytatását már tervezik a németországi FAIR (Facility for Antiproton and Ion Research, Antiproton és Ionkutatási Intézet) intézményben, ahol az R3B NeuLAND detektorral végeznek majd részletesebb megfigyeléseket a neutronokkal kapcsolatban.

(Fotó: ESO/L. Calçada/M. Kornmesser, RIKEN/RIBF, NASA)

Megtalálták az eddigi legkülönösebb és leghosszabb életű tetrakvark részecskét A hosszú relatív fogalom, a részecske a másodperc trilliomodik részéig él, de a jelenlétét mégis sikerült detektálni a Nagy-Hadronütköztetőben.