นักวิจัยจาก Tokyo Tech ได้ตรวจสอบอัตราการปล่อยก๊าซเตตรานิวตรอนที่มีความเสถียรของอนุภาค ซึ่งเป็นระบบสี่นิวตรอนที่มีการถกเถียงกันมานานในชุมชนวิทยาศาสตร์ พวกเขาพิจารณาการปล่อยก๊าซเตตรานิวตรอนจากฟิชชันความร้อนของ 235คุณโดยการฉายรังสีตัวอย่างของ 88ซีอาร์ซีโอ3 ในเครื่องปฏิกรณ์วิจัยนิวเคลียร์และวิเคราะห์ด้วยสเปกโทรสโกปีรังสีแกมมา
เทตรานิวตรอนเป็นนิวเคลียสของอะตอมที่เข้าใจยากซึ่งประกอบด้วยนิวตรอน 4 ตัว ซึ่งนักวิทยาศาสตร์ถกเถียงกันถึงการดำรงอยู่ของมันอย่างมาก สาเหตุหลักมาจากการขาดความรู้เกี่ยวกับระบบที่ประกอบด้วยนิวตรอนเท่านั้น เนื่องจากนิวเคลียสของอะตอมส่วนใหญ่มักประกอบด้วยโปรตอนและนิวตรอนรวมกัน นักวิทยาศาสตร์เชื่อว่าการสังเกตทดลองของเทตรานิวตรอนอาจเป็นกุญแจสำคัญในการสำรวจคุณสมบัติใหม่ของนิวเคลียสของอะตอม และตอบคำถามเก่าแก่ที่ว่า ระบบมัลตินิวตรอนที่มีประจุเป็นกลางจะมีอยู่จริงหรือไม่
การศึกษาทดลองล่าสุดสองชิ้นรายงานการมีอยู่ของเทตรานิวตรอนในสถานะที่ถูกผูกไว้และสถานะเรโซแนนซ์ (สถานะที่สลายตัวไปตามกาลเวลาแต่มีอายุยืนยาวพอที่จะตรวจพบได้ในการทดลอง) อย่างไรก็ตาม การศึกษาเชิงทฤษฎีระบุว่าเทตรานิวตรอนจะไม่อยู่ในสถานะที่ถูกผูกไว้ หากอันตรกิริยาระหว่างนิวตรอนอยู่ภายใต้ความเข้าใจร่วมกันของเราเกี่ยวกับแรงนิวเคลียร์สองหรือสามตัว
รู้สึกทึ่ง ทีมนักวิจัยที่นำโดยรองศาสตราจารย์ฮิโรยูกิ ฟูจิโอกะ จากสถาบันโตเกียว เทคโนโลยี ออกเดินทางเพื่อตรวจสอบความเป็นไปได้ของการปล่อยสารเตตระนิวตรอนที่ถูกผูกไว้ ในการศึกษาล่าสุดของพวกเขาที่ตีพิมพ์ใน การตรวจร่างกาย Cทีมงานได้สำรวจอัตราการปล่อยก๊าซเตตระนิวตรอนที่มีความเสถียรของอนุภาคที่เป็นไปได้ผ่านทางฟิชชันที่เกิดจากนิวตรอนความร้อนของ 235U (ยูเรเนียม-235) ในเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์
“เราทราบจากงานเขียนก่อนหน้านี้ว่ากระบวนการฟิชชันความร้อนที่โดดเด่นมีไว้เพื่อ 235U คือการฟิชชันแบบไบนารี ซึ่งนำไปสู่การปล่อยชิ้นส่วนนิวเคลียร์หนักสองชิ้นพร้อมกับนิวตรอน 2.4 โดยเฉลี่ย แต่มีความน่าจะเป็น 0.2% ของฟิชชันแบบไตรภาคซึ่งมีการปล่อยชิ้นส่วนนิวเคลียร์เบาออกมา ดังนั้นเราจึงเลือกเส้นทางนี้สำหรับการทดลองของเราภายใต้สมมติฐานว่าเทตระนิวตรอนที่ถูกผูกไว้ตามสมมุติฐานอาจเป็นอนุภาคแบบไตรภาคในฟิชชันของยูเรเนียม” ดร. ฟูจิโอกะอธิบาย
ทีมงานได้นำวิธีการวิเคราะห์การกระตุ้นนิวตรอนด้วยเครื่องมือที่รู้จักกันดีมาใช้ โดยที่ธาตุในตัวอย่างที่เลือกจะถูกฉายรังสีและกระตุ้นโดยการจับนิวตรอนความร้อน สำหรับการศึกษาครั้งนี้ 88ซีอาร์ซีโอ3 ได้รับเลือกให้เป็นตัวอย่างเป้าหมายและฉายรังสีเป็นเวลาสองชั่วโมงด้วยพลังงานความร้อน 5 เมกะวัตต์ในเครื่องปฏิกรณ์วิจัยนิวเคลียร์ ทีมงานยังได้ทำการตรวจสเปกโทรสโกปีรังสีแกมมาสำหรับตัวอย่างที่ได้รับรังสีเพื่อตรวจจับสัญญาณที่สอดคล้องกับการปล่อยก๊าซเตตรานิวตรอนที่เป็นไปได้
พื้นที่ 88นิวเคลียสของ Sr คาดว่าจะเปลี่ยนเป็น 91Sr ที่มีค่า Q (การเปลี่ยนแปลงของมวลระหว่างสถานะเริ่มต้นและขั้นสุดท้ายของปฏิกิริยาที่แสดงเป็นหน่วยพลังงาน) เท่ากับ 20 MeV ลบพลังงานการจับยึดของเตตรานิวตรอน เนื่องจาก 91Sr ไม่เสถียร การสลายตัวของกัมมันตภาพรังสีตามด้วยการปลดปล่อยรังสี γ จะบ่งชี้ถึงการปล่อยเททรานิวตรอนที่มีความเสถียรของอนุภาค
ผลลัพธ์ของสเปกโทรสโกปี γ-ray สำหรับการฉายรังสี 88อย่างไรก็ตาม ตัวอย่าง Sr ไม่ได้แสดงโฟโตพีคใดๆ ที่สอดคล้องกับการก่อตัวของ 91จากข้อมูลนี้ ทีมงานได้ประมาณว่าหากมีเทตรานิวตรอนที่มีความเสถียรของอนุภาค อัตราการปล่อยก๊าซอาจต่ำกว่า 8 × 10-7 ต่อฟิชชันที่ระดับความเชื่อมั่น 95% พวกเขายังเสนอว่าการปรับปรุงความบริสุทธิ์ของตัวอย่างและการเพิ่มความไวของการทดลองอาจช่วยในการตรวจจับสัญญาณเล็กๆ น้อยๆ ที่เกิดจากเทตรานิวตรอน
ดร. ฟูจิโอกะ กล่าวว่า "การศึกษาของเราแสดงให้เห็นว่าวิธีการกระตุ้นนิวตรอนด้วยเครื่องมือในเคมีรังสีสามารถนำมาประยุกต์ใช้เพื่อตอบคำถามปลายเปิดในฟิสิกส์นิวเคลียร์ได้ เราจะปรับปรุงความไวต่อไปเพื่อค้นหาระบบประจุเป็นกลางที่เข้าใจยาก”
แม้ว่าทีมงานจะไม่สามารถตรวจจับเตตรานิวตรอนที่ถูกผูกไว้ได้ งานของพวกเขาได้วางกรอบการทำงานที่มั่นคงสำหรับการศึกษาในอนาคตเกี่ยวกับเทตรานิวตรอนที่เข้าใจยากและระบบอื่นๆ ที่คล้ายกัน