Kemungkinan tingkat emisi tetraneutron stabil-partikel, sistem empat neutron yang keberadaannya telah lama diperdebatkan dalam komunitas ilmiah, telah diselidiki oleh para peneliti dari Tokyo Tech. Mereka menyelidiki emisi tetraneutron dari fisi termal 235U dengan menyinari sampel 88SrCO3 dalam reaktor penelitian nuklir dan menganalisisnya melalui spektroskopi sinar-γ.
Tetraneutron adalah inti atom yang sulit dipahami yang terdiri dari empat neutron, yang keberadaannya telah banyak diperdebatkan oleh para ilmuwan. Hal ini terutama disebabkan oleh kurangnya pengetahuan kita tentang sistem yang hanya terdiri dari neutron, karena sebagian besar inti atom biasanya terbuat dari kombinasi proton dan neutron. Para ilmuwan percaya bahwa pengamatan eksperimental terhadap tetraneutron dapat menjadi kunci untuk mengeksplorasi sifat-sifat baru inti atom dan menjawab pertanyaan lama: Dapatkah sistem multineutron netral muatan pernah ada?
Dua studi eksperimental baru-baru ini melaporkan keberadaan tetraneutron dalam keadaan terikat dan keadaan resonansi (keadaan yang meluruh seiring waktu tetapi hidup cukup lama untuk dideteksi secara eksperimental). Namun, studi teoretis menunjukkan bahwa tetraneutron tidak akan berada dalam keadaan terikat jika interaksi antara neutron diatur oleh pemahaman umum kita tentang gaya nuklir dua atau tiga benda.
Penasaran, tim peneliti yang dipimpin oleh Associate Professor Hiroyuki Fujioka dari Tokyo Institute of Teknologi berangkat untuk menyelidiki kelayakan emisi tetraneutron terikat. Dalam penelitian terbaru mereka yang dipublikasikan di Tinjauan Fisik C, tim mengeksplorasi kemungkinan tingkat emisi tetraneutron stabil-partikel melalui fisi yang diinduksi neutron termal 235U (Uranium-235) dalam reaktor nuklir.
“Kami mengetahui dari literatur sebelumnya bahwa proses fisi termal dominan 235U adalah fisi biner, yang menghasilkan emisi rata-rata dua fragmen nuklir berat bersama dengan 2.4 neutron. Namun ada kemungkinan 0.2% terjadinya fisi terner, yang menghasilkan pecahan nuklir ringan. Oleh karena itu, kami memilih rute ini untuk eksperimen kami dengan asumsi bahwa tetraneutron yang terikat secara hipotetis mungkin merupakan partikel terner dalam fisi uranium,” jelas Dr. Fujioka.
Tim mengadopsi metode analisis aktivasi neutron instrumental yang terkenal, di mana elemen jejak dalam sampel yang dipilih diiradiasi dan diaktifkan dengan penangkapan neutron termal. Untuk penelitian ini, 88SrCO3 dipilih sebagai sampel target dan diiradiasi selama dua jam dengan daya termal 5 MW di reaktor riset nuklir. Tim juga melakukan spektroskopi sinar-γ pada sampel yang diiradiasi guna mendeteksi sinyal yang terkait dengan kemungkinan emisi tetraneutron.
Grafik 88Inti Sr diharapkan berubah menjadi 91Sr dengan nilai Q (perubahan massa antara keadaan awal dan akhir suatu reaksi yang dinyatakan dalam satuan energi) sebesar 20 MeV dikurangi energi ikat tetraneutron. Sejak 91Sr tidak stabil, peluruhan radioaktifnya yang diikuti dengan pelepasan sinar γ akan menunjukkan emisi tetraneutron yang stabil terhadap partikel.
Hasil spektroskopi sinar γ untuk yang diiradiasi 88Namun sampel Sr tidak menunjukkan adanya puncak foto yang sesuai dengan pembentukannya 91Berdasarkan hal ini, tim memperkirakan bahwa jika ada tetraneutron yang stabil terhadap partikel, laju emisinya mungkin lebih rendah dari 8 × 10-7 per fisi pada tingkat kepercayaan 95%. Mereka juga menyarankan bahwa meningkatkan kemurnian sampel dan meningkatkan sensitivitas eksperimen dapat membantu mendeteksi sinyal halus yang timbul dari tetraneutron.
Fujioka berkata, “Penelitian kami menunjukkan bahwa metode aktivasi neutron instrumental dalam radiokimia dapat diterapkan untuk menjawab pertanyaan terbuka dalam fisika nuklir. Kami akan meningkatkan sensitivitas lebih lanjut untuk mencari sistem netral muatan yang sulit dipahami.”
Meskipun tim tidak dapat mendeteksi tetraneutron terikat, pekerjaan mereka telah meletakkan kerangka kerja yang kuat untuk penelitian masa depan mengenai tetraneutron yang sulit dipahami dan sistem serupa lainnya.