קצב הפליטה האפשרי של טטרנויטרון יציב לחלקיקים, מערכת של ארבעה נייטרונים שקיומה נדון זמן רב בתוך הקהילה המדעית, נחקר על ידי חוקרים מטוקיו טק. הם בדקו את פליטת טטרנייטרון מביקוע תרמי של 235U על ידי הקרנת מדגם של 88SrCO3 בכור מחקר גרעיני וניתוחו באמצעות ספקטרוסקופיה של קרני γ.
טטרנויטרון הוא גרעין אטום חמקמק המורכב מארבעה נויטרונים, אשר קיומם נדון מאוד על ידי מדענים. זה נובע בעיקר מחוסר הידע שלנו על מערכות המורכבות מניוטרונים בלבד, שכן רוב גרעיני האטום עשויים בדרך כלל משילוב של פרוטונים וניוטרונים. מדענים מאמינים שהתצפית הניסיונית של טטרנייטרון יכולה להיות המפתח לחקר תכונות חדשות של גרעיני אטום ולענות על השאלה עתיקת היומין: האם אי פעם יכולה להתקיים מערכת רב-נייטרונית חסרת מטען?
שני מחקרים ניסיוניים עדכניים דיווחו על נוכחות של טטרנוטרונים במצב קשור ובמצב תהודה (מצב שמתפוגג עם הזמן אך חי מספיק זמן כדי להתגלות בניסוי). עם זאת, מחקרים תיאורטיים מצביעים על כך שטטראנוטרונים לא יתקיימו במצב קשור אם האינטראקציות בין נויטרונים נשלטות על ידי ההבנה המשותפת שלנו לגבי כוחות גרעיניים של שניים או שלושה גופים.
מסוקרן, צוות חוקרים בראשות פרופסור חבר Hiroyuki Fujioka ממכון טוקיו טכנולוגיה יצאו לחקור את ההיתכנות של פליטת טטרנייטרון קשור. במחקר האחרון שלהם שפורסם ב סקירה פיזית ג, הצוות חקר את קצב הפליטה האפשרי של טטרנויטרון יציב לחלקיקים באמצעות ביקוע תרמי המושרה על ידי נויטרונים של 235U (אורניום-235) בכור גרעיני.
"אנו מודעים מספרות קודמת לכך שתהליך הביקוע התרמי הדומיננטי עבור 235U הוא ביקוע בינארי, שמוביל לפליטת שני שברי גרעיניים כבדים יחד עם 2.4 נויטרונים, בממוצע. אבל יש סבירות של 0.2% לביקוע משולש, שבו נפלטים שברי גרעיניים קלים. לפיכך, בחרנו במסלול זה לניסוי שלנו בהנחה שהטטראנויטרון הקשור בהיפותטית יכול להיות חלקיק טריני בביקוע אורניום", מסביר ד"ר פוג'יוקה.
הצוות אימץ את שיטת הניתוח הידועה של הפעלת נויטרונים אינסטרומנטלית, שבה יסוד קורט בדגימה שנבחרה מוקרן ומופעל על ידי לכידת נויטרונים תרמיים. למחקר זה, 88SrCO3 נבחרה כדגימת המטרה והוקרנה במשך שעתיים בהספק תרמי של 5 מגוואט בכור מחקר גרעיני. הצוות גם ביצע ספקטרוסקופיה של קרני γ עבור הדגימה המוקרנת כדי לזהות אותות התואמים לפליטת טטרנוטרונים אפשרית.
השמיים 88גרעינים Sr היו צפויים להתמיר לתוך 91Sr עם ערך Q (שינוי במסה בין המצב ההתחלתי והסופי של תגובה המתבטאת במונחים של יחידות אנרגיה) של 20 MeV פחות אנרגיית הקישור של הטטרנוטרון. מאז 91Sr אינו יציב, ההתפרקות הרדיואקטיבית שלו ואחריה שחרור קרני γ יעידו על פליטת טטרנוטרונים יציבים לחלקיקים.
תוצאות הספקטרוסקופיה של קרני γ עבור המוקרנים 88מדגם Sr, לעומת זאת, לא הראה שום photopeak התואם להיווצרות של 91האב בהתבסס על זה, הצוות העריך שאם קיימים טטרנויטרונים יציבים לחלקיקים, קצב הפליטה שלהם עשוי להיות נמוך מ-8 × 10-7 לכל ביקוע ברמת ביטחון של 95%. הם גם הציעו ששיפור טוהר הדגימות והגברת רגישות הניסויים יכולים לעזור בזיהוי של אותות עדינים הנובעים מטטרנוטרונים.
ד"ר Fujioka אומר, "המחקר שלנו הראה שניתן ליישם את שיטת ההפעלה האינסטרומנטלית של נויטרונים ברדיוכימיה כדי להתמודד עם השאלה הפתוחה בפיזיקה גרעינית. נשפר עוד יותר את הרגישות לחפש את המערכת החמקמקה, נטולת הטעינה".
בעוד שהצוות לא הצליח לזהות טטרנוטרונים קשורים, עבודתם הניחה מסגרת מוצקה למחקרים עתידיים על הטטרנוטרונים החמקמקים ומערכות אחרות כאלה.