Se discuta de zeci de ani dacă există sau nu un nucleu care să conțină doar neutroni. Recent, un experiment efectuat în Germania la Garching a observat semnale ale posibilei existențe ale unui sistem legat, format din patru neutroni – așa-numitul tetraneutronul.

Atomii

Elementele chimice, adică atomii, sunt formate din nuclee și electroni. Nucleele la rândul lor sunt alcătuite din protoni și neutroni, care sunt legați în nuclee prin așa-numită interacțiune nucleară. Există circa 120 elemente chimice – unele dintre acestea fiind generate și observate doar în experimente la acceleratoare, întrucât nu sunt stabile. Toți atomii pe care îi cunoaștem, cu excepția hidrogenului (care conține doar un proton că nucleu) 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 – fiind în acest caz vorba despre izotopi. Numărul neutronilor de obicei depășește numărul protonilor și cu cât mai greu este un nucleu cu atât diferența între numărul neutronilor și a protonilor este mai mare. Neutronii și protonii sunt legați în nuclee de forța nucleară puternică. Această forță (mai corect spus interacțiune) nu este încă extrem de bine cunoscută și studii de fizică nucleară – atât din punct de vedere teoretic cât și experimental – sunt încă necesare. Una dintre întrebările cele mai interesante este dacă pot există 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 ale unui sistem legat format doar din neutroni – precum așa-numitul tetraneutron – un sistem legat 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 este reprezentată de energia cu care aceste particule sunt legate în nucleu. Din punct de vedere teoretic – al fizicii nucleare – au fost făcute mai multe studii: unele spuneau că acest sistem de patru neutroni legați există – cu o energie de legătură însă foarte mică – altele cum că nu există un astfel de sistem – nu este legat.

Primele rezultate

În timp ce teoreticienii calculau energie 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 arătau cum că ar fi găsit un astfel de sistem legat. Studii ulterioare însă arătau cum 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 helium-8, încercând să descopere dacă se produce nucleul beriliu-8, ceea ce ar fi însemnat că se produce și un sistem legat de patru neutroni; nu l-au descoperit însă – de unde au ajuns la concluzia că nu există.

Noile rezultate din Germania

Un nou experiment efectuat la Garching în Germania arată însă cum că un sistem de patru neutroni legați între ei ar exista. Cercetătorii, care au publicat rezultatele într-un articol în revista Physics Letters B, au ciocnit nuclee de litiu-7 cu nuclee tot de litiu-7 accelerate la 12% din viteză luminii. 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, doar circa 0.42 MeV și semnificația statistică circa 3 sigma. Este prea devreme să fim siguri – însă datele obținute ar indică existența acestui sistem legat.

Acest studiu este extrem de interesant – atât pentru fizica nucleară – cât și în astrofizică, pentru studiul fascinantelor stele de neutroni.

Credit imagine: Technical University of Munich (TUM)

Articol scris de Cătălina Oana Curceanu, prim cercetător în domeniul fizicii particulelor elementare și al fizicii nucleare, Laboratori Nazionali di Frascati, Istituto Nazionale di Fisică Nucleare (Roma, Italia) și colaborator al Scientia.ro