Il possibile tasso di emissione di tetraneutrone particellare stabile, un sistema a quattro neutroni la cui esistenza è stata a lungo dibattuta all'interno della comunità scientifica, è stato studiato dai ricercatori della Tokyo Tech. Hanno esaminato l'emissione di tetraneutroni derivante dalla fissione termica 235U irradiando un campione di 88SrCO3 in un reattore di ricerca nucleare e analizzandolo tramite spettroscopia di raggi gamma.
Il tetraneutrone è un sfuggente nucleo atomico costituito da quattro neutroni, la cui esistenza è stata molto dibattuta dagli scienziati. Ciò deriva principalmente dalla nostra mancanza di conoscenza dei sistemi costituiti solo da neutroni, poiché la maggior parte dei nuclei atomici sono solitamente costituiti da una combinazione di protoni e neutroni. Gli scienziati ritengono che l’osservazione sperimentale di un tetraneutrone potrebbe essere la chiave per esplorare nuove proprietà dei nuclei atomici e rispondere all’annosa domanda: potrà mai esistere un sistema multineutrone a carica neutra?
Due recenti studi sperimentali hanno riportato la presenza di tetraneutroni nello stato legato e nello stato risonante (uno stato che decade con il tempo ma vive abbastanza a lungo da essere rilevato sperimentalmente). Tuttavia, studi teorici indicano che i tetraneutroni non esisteranno in uno stato legato se le interazioni tra neutroni sono governate dalla nostra comune comprensione delle forze nucleari a due o tre corpi.
Incuriosito, un team di ricercatori guidato dal professore associato Hiroyuki Fujioka del Tokyo Institute of Tecnologia si proponevano di studiare la fattibilità dell'emissione di tetraneutroni legati. Nel loro recente studio pubblicato in Revisione fisica C, il team ha esplorato il possibile tasso di emissione di tetraneutroni stabili come particelle attraverso la fissione indotta da neutroni termici di 235U (uranio-235) in un reattore nucleare.
“Siamo consapevoli dalla letteratura precedente che il processo di fissione termica dominante 235U è la fissione binaria, che porta all'emissione di due frammenti nucleari pesanti insieme a 2.4 neutroni, in media. Ma esiste una probabilità dello 0.2% di fissione ternaria, in cui vengono emessi frammenti nucleari leggeri. Pertanto, abbiamo scelto questa strada per il nostro esperimento partendo dal presupposto che il tetraneutrone ipoteticamente legato potrebbe essere una particella ternaria nella fissione dell’uranio”, spiega il dottor Fujioka.
Il team ha adottato il noto metodo di analisi strumentale dell'attivazione dei neutroni, in cui un elemento in tracce in un campione scelto viene irradiato e attivato mediante la cattura di neutroni termici. Per questo studio, 88SrCO3 è stato scelto come campione target ed è stato irradiato per due ore ad una potenza termica di 5 MW in un reattore di ricerca nucleare. Il team ha anche eseguito la spettroscopia di raggi gamma per il campione irradiato per rilevare segnali corrispondenti a una possibile emissione di tetraneutroni.
I 88Ci si aspettava che i nuclei Sr si convertissero in 91Sr con un valore Q (variazione di massa tra lo stato iniziale e quello finale di una reazione espressa in termini di unità di energia) di 20 MeV meno l'energia di legame del tetraneutrone. Da 91Sr è instabile, il suo decadimento radioattivo seguito dal rilascio di raggi γ indicherebbe l'emissione di tetraneutroni stabili come particelle.
I risultati della spettroscopia dei raggi γ per gli irradiati 88Il campione Sr, tuttavia, non ha mostrato alcun fotopicco corrispondente alla formazione di 91Sr. Sulla base di ciò, il team ha stimato che se esistessero tetraneutroni stabili alle particelle, il loro tasso di emissione potrebbe essere inferiore a 8 × 10-7 per fissione al livello di confidenza del 95%. Hanno inoltre suggerito che migliorare la purezza dei campioni e aumentare la sensibilità della sperimentazione potrebbe aiutare a rilevare i segnali sottili derivanti dai tetraneutroni.
Il dottor Fujioka afferma: “Il nostro studio ha dimostrato che il metodo di attivazione strumentale dei neutroni in radiochimica può essere applicato per affrontare la questione aperta nella fisica nucleare. Miglioreremo ulteriormente la sensibilità per cercare l’inafferrabile sistema a carica neutra”.
Anche se il team non è stato in grado di rilevare tetraneutroni legati, il suo lavoro ha gettato una solida struttura per studi futuri sugli sfuggenti tetraneutroni e altri sistemi simili.