Ученые очень хотят назвать тетранейтроном теоретическую частицу, существование которой пока не подтверждено. Так можно было бы сделать, будь она следствием из некоей существующей теоретической модели, предсказанной некоей теорией. Но тетранейтрон противоречит существующим теориям — он должен быть невозможным. На фоне всеобщего кипежа о гравитационных волнах, в мире науки проскочил эксперимент, предоставивший убедительное доказательство в пользу тетранейтрона. Это пока не полное подтверждение, но если выводы нового исследования найдут подтверждение, все будет очень и очень странно.

Итак, история

Проблемная частица, возможно, впервые появилась в 2001 году после десятилетий обсуждений и нескольких сомнительных экспериментов. Ученые выстреливали атомы бериллия-14 в углеродную мишень и наблюдали за получившимся хаосом частиц, такое делают весьма часто.

Бериллий-14 обладает так называемым ядерным ореолом, в отличие от множества простых атомов. Его «внутреннее ядро» обернуто в более широкое «внешнее ядро». Гало бериллия-14 состоит из четырех нейтронов, поэтому ученые ожидали увидеть, как это гало распадается и становится четырьмя отдельными нейтронами. Тогда зафиксировали бы четыре отдельных сигнала.

Вместо этого они наблюдали один большой сигнал, который подразумевал, что нейтроны непонятным образом слиплись в одну частицу, тетрайнейтрон (4n), который должен быть невозможным.

Тетранейтрон

Беда в том, что принцип Паули, свойство квантовой механики, которое утверждает, что два одинаковых фермиона не могут разделять одно и то же квантовое состояние (фермионы — это класс фундаментальных частиц, к которым принадлежат протоны и нейтроны). Протоны и нейтроны могут объединяться, поскольку обладают различными квантовыми состояниями. Но без каких-либо протонов, группа нейтронов не может быть в состоянии сформировать ядро из-за принципа исключения.

Таким образом, обнаружение подобного заставило ученых серьезно задуматься. Возможно, пора вернуться к школьной доске и пересмотреть базовые физические принципы?

Однако революцию в физике отложили, поскольку дальнейшие исследования не смогли воспроизвести результаты. Другие ученые обнаружили, что по крайней мере часть изначального исследования была скомпрометирована. Тетранейтрона, казалось, не существовало.

Впрочем, это не помешало ученым изучить теоретические последствия тетранейтронов, а также возможные пути их существования. Но из других теоретических работ следовало, что тетранейтрон просто невозможен в рамках наших текущих теорий.

Открытие?

Все это приводит нас в сегодняшний день к другому эксперименту, в рамках которого, похоже, тетранейтрон воспроизвели. Группа ученых из RIKEN в Вако, Япония, активно искали эту частицу. Для этого они выстреливали пучком ядер гелия в жидкую форму гелия.

Атомы гелия в пучке были тяжелым изотопом с двумя протонами и шестью нейтронами. Жидкая форма гелия имеет только по два каждого (самая распространенная форма гелия). Эту конкретную комбинацию ученые выбрали, поскольку столкновение происходит практически без отдачи. В других реакциях отдача могла бы отправить шок обратно в новообразованный тетранейтрон, разрушив его. Но эта конкретная настройка позволила бы ему сохраниться в течение короткого времени.

Когда ученые столкнули их вместе, в некоторых случаях был произведен бериллий, с четырьмя протонами и четырьмя нейтронами. Но из окончательного продукта таинственным образом исчезли четыре нейтрона. Что смешно, эксперимент последовательно воспроизвели четыре раза. Ученые оценили срок существования тетранейтрона в миллиардную или триллионную долю секунды до распада на другие частицы.

Это оставляет косвенный способ их обнаружения. Тетранейтрон не нашли сами по себе, но вывели из недостающей массы конечного продукта. Хотя это не является полным подтверждением существования тетранейтрона, ученые называют его лучшим из имеющихся доказательств, с уровнем значимости в 4,9 сигма. (Обычно, 5 сигма считают стандартом подтверждения).

Пока все кажется весьма убедительным, но что делать с принципом исключения, не совсем понятно. Необходимо провести дальнейшую работу и воспроизвести результат, а прямое обнаружение будет куда более веским доводом. Та же группа ученых ищет способ провести улучшенное исследование, которое повысит убедительность результата на пару порядков. Другие экспериментаторы надеются воссоздать частицу другими способами.

В случае подтверждения ученые вернутся к основам теоретической физики. Но в физике, вообще, возврат к основам чаще всего означает самый захватывающий исход. Так или иначе, грядут интересные вещи.