De zoektocht naar tetraneutronen, deeltjes die bestaan uit vier neutronen, is al een halve eeuw gaande. De ontdekking ervan lijkt nu dichter bij dan ooit. Onderzoekers van de Technische Universiteit München hebben in hun metingen sterke aanwijzingen gezien voor het bestaan van deze exotische deeltjes.
Atoomkernen bestaan uit protonen en neutronen. Alleen waterstofkernen bestaan slechts uit een enkel proton. Natuurkundigen zijn het erover eerst dat er geen deeltjes zijn die enkel uit twee of meer protonen, zonder neutronen, bestaan. Protonen zijn namelijk positief geladen. Meerdere bij elkaar stoppen is lastig, omdat positieve ladingen elkaar afstoten.
Neutronen zijn een ander verhaal. Die hebben namelijk geen lading en dat biedt mogelijkheden. Tot nu toe vooral op papier. Fysici zijn al ruim vijftig jaar op zoek naar deeltjes die uit twee, drie, vier of meer neutronen bestaan.
Dat doen ze niet alleen om hun deeltjesverzameling verder uit te breiden. De zogeheten di-, tri- of tetraneutronen kunnen ook een nieuwe kijk geven op de sterke kernkracht, de kracht die protonen en neutronen bij elkaar houdt in atoomkernen. Daarnaast kunnen ze helpen om de eigenschappen van neutronensterren – die waarschijnlijk grotendeels uit elkaar gepakte neutronen bestaan – beter te begrijpen.
Weg naar tetra
De zoektocht naar tetraneutronen is tot nu toe tevergeefs. In 2002 deden Franse onderzoekers de eerste metingen die hintten op het bestaan van de deeltjes. Maar uit later onderzoek bleek dat hun methode niet geschikt was om het bestaan van tetraneutronen te bewijzen.
Veertien jaar later, in 2016, werd er weer een glimp opgevangen van tetraneutronen in een Japans experiment. Deze onderzoekers concludeerden dat tetraneutronen bijna meteen na hun ontstaan uit elkaar vallen in vier neutronen. Ook dit experiment gaf geen zekerheid over het ware bestaan van tetraneutronen.
Stabiele deeltjes
Het meest recente glimp van de felbegeerde tetraneutronen werd opgevangen door een deeltjesversneller van de Technische Universiteit München (TUM). ‘We bestookten een stilstaand doelwit van lithium-7-atomen met een bundel lithium-7-atomen’, mailt Thomas Faestermann van de TUM. De atomen in de bundel werden versneld tot 12 procent van de lichtsnelheid. Bij een botsing tussen twee lithium-7-atomen zou een koolstof-10-atoom en een tetraneutron kunnen ontstaan.
De natuurkundigen detecteerden een tiental koolstof-10-atomen met de energie die je verwacht als er ook een tetraneutron is ontstaan. Als hierbij inderdaad tetraneutronen ontstonden, dan zou ze – volgens de berekeningen van de onderzoekers – ongeveer even stabiel zijn als losse neutronen. Dat betekent dat ze een halfwaardetijd hebben van 450 seconden: als je begint met 22 tetraneutronen, dan heb je er na 450 seconden nog 11 over. De andere helft is dan uit elkaar gevallen.
Geen ontdekking
De TUM-metingen lijken te duiden op het bestaan van tetraneutronen, maar ze zijn niet zeker genoeg om van een ontdekking te spreken. ‘We denken dat we alle andere mogelijk verklaringen hebben uitgesloten’, zegt Faestermann. ‘Maar om zeker te zijn dat er écht tetraneutronen zijn ontstaan, zijn er meer metingen nodig.’ De onderzoekers vestigen hun hoop op een onafhankelijke bevestiging van een van de andere experimenten die speuren naar tetraneutronen.
