Magyar kutatóknak is köszönhetően újragondolhatjuk mindazt, amit az atommagról tudtunk

A debreceni ELKH Atommagkutató Intézet (Atomki) kutatói segítségével mutatták ki, hogy létezik négy neutronból álló, pozitív töltésű proton nélküli atommag, vagyis tetraneutron, írta közleményében az Eötvös Loránd Kutatási Hálózat.

Az iskolai tananyag szerint, amellyel valószínűleg mindenki találkozott, az atomok pozitív, negatív és semleges töltésű részekből állnak. Az atommagban van a pozitív proton és a semleges neutron, és mindezt negatív töltésű elektronfelhő veszi körül. A természet azonban sokkal változatosabb, hogy egy sémával leírható legyen. Így az atommagfizikában is felmerült kérdésként, hogy létezhet-e proton nélküli atommag.

Az eddigi ismeretek szerint neutroncsillagokban létezhetnek csak neutronokból álló rendszerek, de ezekben alapvetően nagyon sok neutron van, amelyeket a gravitáció présel össze nagy sűrűségű anyaggá.

Elméleti számítások szerint mini, csak négy neutronból álló rendszerek is létrejöhetnek, de ugyanakkor más fizikusok elvetik a tetraneutron létezésének lehetőségét. Az Atomki kutatói is ennek az ellentmondásnak a feloldásán dolgoztak a japán Riken kutatóintézettel. Az Atomki kutatói a kísérletekben alkalmazott mérőberendezések, elsősorban a neutrondetektor összeállításában és működtetésében vettek részt.

A kísérletben először nagyenergiás egzotikus radioaktív atommagokat hoztak létre. A kutatók a természetben nem előforduló hélium 8-as tömegszámú izotópjának instabil atommagját vizsgálták.

A kutatók folyékony, -255 Celsius-fokos hidrogénre lőttek hélium 8-atommagokat. A becsapódás során a hélium atommagja szétesik, és tetraneutron keletkezik, miközben stabil héliumatommag is létrejön.

Mivel a tetraneutron közvetlenmódon történő kimutatására szolgáló neutrondetektorban csak kevés négyneutronos esemény volt azonosítható, a kísérletekben részt vevő kutatók egy közvetett módszer, az úgynevezett hiányzótömeg-spektroszkópia alkalmazása mellett döntöttek. Ezen eljárás során nem a kérdéses tetraneutront detektálják, hanem a kiinduló hélium-8, a meglökött proton és az ütközésben keletkező hélium-4 megfelelő adatainak ismeretében következtetnek a szintén az ütközésben létrejövő tetraneutron tulajdonságaira.

A kísérletek fő kérdése az volt, hogy a keletkező négy neutron valóban képes-e egyben maradni, azaz tetraneutront alkotni. A közvetett módszer alkalmazásával a kutatók kimutatták, hogy képes, de rettentő kevés ideig, körülbelül 10^-22 másodpercig. Eszerint tiszta neutronanyagot nem csak a gravitációs, hanem az erős kölcsönhatás is képes összetartani.

A tetraneutron létezésének kimutatása és életidejének pontos meghatározása kulcsfontosságú az atommagot alkotó protonok és neutronok között fellépő, azokat összetartó erős kölcsönhatás tulajdonságainak jobb megértéséhez, és további ismereteket nyújt a neutroncsillagokban működő erőkről, írták a közleményben.