중성자-4

중성자-4 또는 테트라뉴트론(tetraneutron)은 4개의 중성자로 이루어진 가상의 안정한 핵이다. 이 입자핵의 존재는 현대 핵물리학의 힘 모델로는 설명이 되지 않는다. 이 입자는 2001년 프란시스코 미겔 마르케스와 동료팀이 캉의 GAINL(Grand Accélérateur National d'Ions Lourds)에서 베릴륨과 리튬 핵 충돌 실험 도중 입자가 존재함을 암시하는 몇몇 증거를 발견했다. 하지만 이후 다시 이 입자를 관찰하려는 시도는 실패하였다. 마르퀴에 실험팀은 여타 입자 가속기 실험처럼 탄소 타겟을 향해 원자핵을 발사하고 충돌로 흩뿌려지는 입자들을 관측했다. 이 실험에서는 탄소판에 베릴륨-14, 베릴륨-15, 리튬-11을 쏘았으며 실험값 대부분은 베릴륨-14에서 쏜 것에 나왔다. 이 베릴륨 동위원소는 핵에 중성자 4개를 가지고 있으며, 탄소 타겟과 고속충돌시 쉽게 핵이 분열되는 특성을 가지고 있었다. 현대의 원자핵 모델에서는 베릴륨-10이 생성되며 독립된 중성자 4개가 나와야 한다고 예측했으나, 실제 실험 결과 베릴륨-10이 만들어지면서 나온 핵분열 생성물 입자가 단 하나만 나왔다. 이는 중성자 4개가 결합된 입자, 중성자-4임을 암시하는 것이었다. 마르퀴에의 실험을 검증하기 위한 후속 실험에서는 원래 마르퀴에가 했던 실험 결과 분석의 일부에 오류가 있다는 주장이 나왔으며, 다른 방법으로 중성자-4를 검출하려는 시도는 실패하였다. 하지만, 안정된 중성자-4가 실제로 존재함이 확인할 경우 현대의 원자핵 모델은 대폭 수정해야 한다. 이에 대한 대체 모델 중 하나는 베르툴라니와 젤레빈스키가 만든 모델로 이들은 실제로 중성자-4가 존재할 경우 두 다이뉴트론(중성자-2) 분자가 결합되어 있는 형태일 것이라고 제안했다. 그러나, 중성자가 여러 개 결합된 입자들 사이에 일어날 수 있는 상호작용을 모델링하러는 시도는 실패했으며 다른 연구자들은 "많은 해밀토니안에 대한 기타 여러 성공적인 가정들을 전부 다 인정하지 않고서는 단순히 중성자-4가 묶일 수 있는 현대 핵물리학 교체 모델은 존재해 보이지 않는다. 이말은, 실제로 중성자-4가 안정된 채 존재할 수 있음이 증명되면 핵물리학에 대한 우리의 이해는 근본부터 바뀌어야 한다는 것을 의미한다"라고 말했다. 2016년, 일본 이화학연구소의 연구진들은 중성자-4가 공진 상태로 존재할 수 있다는 증거를 보였다. 이 연구팀은 양성자 2개, 중성자 2개를 가진 헬륨-4 액체를 타겟으로 양성자 2개, 중성자 6개를 가진 헬륨-6을 쏘았다. 여기서 때때로 충돌시 양성자 4개, 중성자 4개를 가진 베릴륨-8 핵을 만들어냈으며 나머지 중성자 4개의 존재는 확인되지 않았다. 이를 통해 중성자 4개가 결합된 핵이 만들어지면 10−21초 내에 다른 입자로 붕괴될 것임을 계산했다. 뉴트로늄 Cierjacks, S.; 외. (1965년). “Further Evidence for the Nonexistence of Particle-Stable Tetraneutrons”. 《Physical Review》 137 (2B): 345–346. Bibcode:1965PhRv..137..345C. doi:10.1103/PhysRev.137.B345.  Marqués, F. M.; 외. (2002년). “Detection of neutron clusters”. 《Physical Review C》 65 (4): 044006. arXiv:nucl-ex/0111001. Bibcode:2002PhRvC..65d4006M. doi:10.1103/PhysRevC.65.044006.  Sherrill, B. M.; Bertulani, C. A (2004년). “Proton-tetraneutron elastic scattering”. 《Physical Review C》 69 (2): 027601. arXiv:nucl-th/0312110. Bibcode:2004PhRvC..69b7601S. doi:10.1103/PhysRevC.69.027601.  Aleksandrov, D. V.; 외. (2005년). “Search for Resonances in the Three- and Four-Neutron Systems in the 7Li (7Li, 11C) 3n and 7Li (7Li, 10C) 4n Reactions”. 《JETP Letters》 81 (2): 43–46. Bibcode:2005JETPL..81...43A. doi:10.1134/1.1887912.  Bertulani, C. A.; Zelevinsky, V. G. (2003년). “Tetraneutron as a dineutron-dineutron molecule”. 《Journal of Physics G》 29 (10): 2431–2437. arXiv:nucl-th/0212060. Bibcode:2003JPhG...29.2431B. doi:10.1088/0954-3899/29/10/309.  Lazauskas, R.; Carbonell, J. (2005년). “Three-neutron resonance trajectories for realistic interaction models”. 《Physical Review C》 71 (4): 044004. arXiv:nucl-th/0502037v2. Bibcode:2005PhRvC..71d4004L. doi:10.1103/PhysRevC.71.044004.  Arai, K. (2003년). “Resonance states of 5H and 5Be in a microscopic three-cluster model”. 《Physical Review C》 68 (3): 034303. Bibcode:2003PhRvC..68c4303A. doi:10.1103/PhysRevC.68.034303.  Hemmdan, A.; Glöckle, W.; Kamada, H. (2002년). “Indications for the nonexistence of three-neutron resonances near the physical region”. 《Physical Review C》 66 (3): 054001. arXiv:nucl-th/0208007. Bibcode:2002PhRvC..66e4001H. doi:10.1103/PhysRevC.66.054001.  Pieper, S. C. (2003년). “Can Modern Nuclear Hamiltonians Tolerate a Bound Tetraneutron?”. 《Physical Review Letters》 90 (25): 252501. arXiv:nucl-th/0302048. Bibcode:2003PhRvL..90y2501P. doi:10.1103/PhysRevLett.90.252501.  “Physicists find signs of four-neutron nucleus”. 《Science News》. 2016년 2월 8일에 확인함.  “Four neutrons together momentarily”. 《Nature News and Views》. 2016년 4월 6일에 확인함.  Announcement of possible tetraneutron observations (프랑스어) Announcement of possible tetraneutron observations