กลุ่มนักฟิสิกส์ได้พบสัญญาณที่น่าเชื่อถือของเตตระนิวตรอน (tetraneutron) มีนิวตรอน 4 ตัวแต่ไม่มีโปรตรอนเลย ตามทฤษฎีกลุ่มอนุภาคนี้เป็นไปไม่ได้เนื่องความไม่เสถียรที่นิวตรอนจะอยู่อย่างโดดเดี่ยว โดยทั่วไปนิวตรอนเดี่ยวจะสลายตัวเป็นโปรตรอนใน 15 นาที แต่กลุ่มนักฟิสิกส์ในญี่ปุ่นได้พบมันในการทดลองล่าสุด

ผลการทดลองนี้จำเป็นต้องทำซ้ำโดยนักฟิสิกส์กลุ่มอื่นก่อนที่จะยืนยันได้ว่าอนุภาคเตตระนิวตรอนนี้มีอยู่จริง หากทีมอื่นๆพบว่ามีอยู่จริง นักวิทยาศาสตร์จำเป็นต้องเปลี่ยนแปลงอย่างจริงจังเกี่ยวกับความเข้าใจในปัจจุบันเรื่องแรงนิวเคลียร์

เหล่านักฟิสิกส์ได้ค้นหาเตตระนิวตรอนมาหลายสิบปี เปเปอร์ในปี 1965 สรุปว่าไม่พบหลักฐานการมีอยู่ของเตตระนิวตรอนและการมีอยู่ของมันเป็นไปได้น้อยมาก และมีเปเปอร์อีก 4 ชิ้นเกี่ยวกับสังเกตหาอนุภาคนี้

ที่เป็นปัจจุบันที่สุด นักฟิสิกส์ทฤษฎี Francisco-Miguel Marqués และทีมของเขาที่เครื่องเร่งอนุภาค GARIL ในฝรั่งเศสได้ใช้เทคนิคใหม่ในการสังเกตอนุภาคนี้โดยการสังเกตการแตกตัวของนิวเคลียสเบริลเลียมและลิเธียม ในปี พ.ศ. 2545 เขาได้ชนอนุภาคเบริลเลียม-14(โปตรอน 4 ตัว นิวตรอน 10 ตัว) เข้ากับอนุภาคคาร์บอนเพื่อที่จะแตกกลุ่มนิวตรอน 4 ตัวออกจากเบริลเลียม

Esther Inglis-Arkell ได้อธิบายว่า เมื่อมันเกิดขึ้นมันควรจะเกิดแสงวาบเล็กๆ 4 จุด แต่กลับเกิดเป็นแสงว่าจุดใหญ่จุดเดียว เป็นสัญญาณว่านิวตรอนแตกตัวออกมาเป็นกลุ่มก้อน

เหตุใดแนวคิดเกี่ยวกับนิวตรอน 4 ตัวรวมตัวกันจึงเป็นไปไม่ได้

ด้วยหลักการกีดกันของเพาลี (Pauli exclusion principle) กล่าวว่าอนุภาคในระบบเดียวกันไม่สามารถอยู่ในสถานะควอนตัมเดียวกันได้ ด้วยผลนี้ทำให้แค่นิวตรอน 2 ตัวก็ไม่สามารถอยู่ติดกันได้ การชนของนิวตรอน 4 ตัวชนเข้ากับคาร์บอนด้วยความเร็วสูงและเข้าสู่เครื่องตัวจับในสถานที่และเวลาเดียวกันแทบจะเป็นไปไม่ได้ ถ้าเป็นไปได้ทฤษฎีฟิสิกส์ก็จำเป็นต้องปรับปรุง

ทีมของ Marqués ได้พบหลักฐานที่คล้ายๆกันในปี พ.ศ. 2547 แต่ไม่มีใครสามารถทำซ้ำผลการทดลองนี้ได้ ทำให้ไม่มีการยืนยันจนถึงปัจจุบัน สำนักบันฑิตวิทยาศาสตร์แห่งมหาวิทยาลัยโตเกียว (University of Tokyo Graduate School of Science) ก็ได้ทดลองเกี่ยวกับอนุภาคเบริลเลียมเพื่อจะสร้างสิ่งที่เขาเรียกว่า สถานะเตตระนิวตรอน (tetraneutron states)

พวกเขาได้ยิงลำไออนของออกซิเจนเข้ากับเบริลเลียมเป้าหมายเพื่อผลิตนิวเคลีสของฮีเลียม-8 ที่ไม่เสถียร(มีโปรตรอน 2 ตัวและนิวตรอน 6) และเปลี่ยนทิศทางมาชนกับเป้าหมายที่สองคือฮีเลียมเหลวที่มีโปรตรอน 2 ตัวและนิวตรอน 2 ตัว เมื่ออนุภาคชนกัน นิวตรอน 4 ตัวได้หายไป หายไปเป็นเวลาหนึ่งในพันล้านล้านล้านวินาที (a billionth of a trillionth of a second) ก่อนที่จะปรากฎอีกครั้งด้วยการสลายตัวเป็นอนุภาคอื่น




“คู่ของอนุภาคอัลฟาได้ถูกตรวจจับจากการชนกันครั้งที่สอง บ่งชี้ว่านิวตรอน 4 ตัวได้หายไป แต่มันออกมาเป็นกลุ่มก้อนเดียวกันหรือมันแยกตัวออกมาล่ะ” ศาสตราจารย์ซูสุมุ ชิโมระ(Susumu Shimoura) หนึ่งในทีมวิจัยกล่าว

เพื่อที่จะยืนยันว่าเหตุการณ์ไหนเป็นไปได้มากกว่ากัน ศาสตราจารย์ชิโมระและทีมของเขา ได้วัดพลังงานที่ได้จากอนุภาคในปฏิกิริยานี้และพบว่าพลังงานไม่เพียงพอที่จะขับเคลื่อนนิวตรอนแยกกัน เป็นการยืนยันว่านิวตรอน 4 ตัวได้รวมตัวเป็นอนุภาคเตตระนิวตรอน

ทีมนักวิจัยอื่นจำเป็นต้องทำซ้ำวิธีนี้เพื่อยืนยันผลเดียวกันหรือพิสูจน์ว่าผิด ถ้าผลออกมาเหมือนกันนักฟิสิกส์ทฤษฎีต้องปรับปรุงทฤษฎีเกี่ยวกับแรงนิวเคลียร์ใหม่

และนั่นเป็นสิ่งที่น่าตื่นเต้น ไม่ใช้ว่าทุกวันที่เข้าใจพื้นฐานเกี่ยวกับจักรวาลจะมีการรื้อสร้างใหม่ ไม่แค่เรานั่งดูมันเฉยๆ มันอาจจะนำไปสู่ความก้าวหน้าที่สำคัญที่จะเข้าใจวัตถุลึกลับที่สุดที่มีอยู่

“ทั้งนิวเคลียสอะตอมขนาดใหญ่มากและดาวนิวตรอนนั้นมีกลุ่มก้อนนิวตรอนขนาดใหญ่ ซึ่งพฤติกรรมของมันยังไม่ค่อยเป็นที่เข้าใจนัก” ศาสตราจารย์ชิโมระกล่าว

งานวิจัยนี้ถูกตีพิมพ์ใน Physical Review Letters เมื่อวันที่ 3 กุมภาพันธ์ 2559 https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.116.052501

แหล่งข้อมูล
http://www.sciencealert.com/physicists-say-they-ve-finally-confirmed-the-existence-of-a-four-neutron-no-proton-particle
http://www.asianscientist.com/2016/01/in-the-lab/tokyo-tetraneutron-proton/
https://www.sciencenews.org/article/physicists-find-signs-four-neutron-nucleus

เผยแพร่ครั้งแรก http://punpunsara.com/2016/02/10/japanese-physicists-found-tetraneutron/