科学家制造奇异物质“四中子”

李木子

20年前，研究人員发现了一种由4个中子组成的奇特物质。现在，他们已经找到了证明其存在的最佳证据。

越来越多的证据表明，存在一种奇特而难以捉摸的物质。该物质由4个中子组成，它们可以短暂地结合在一起。科学家在20年前的一次实验中首次获得这种“四中子”的特征，但一种新的测量方法使其变得更清晰、更精确。

虽然所有物质都包含中子，但只有中子星包含完全由这种粒子构成的物质，它们通过核力结合在一起。然而，目前还不清楚这种只有中子的物质究竟是什么结构。

2002年，研究人员意外发现了铍和碳原子碰撞后可以形成“四中子”的证据。这让许多核物理学家大吃一惊，但实验有很大误差，这为其他可能的解释留下了空间，例如由不同类型的粒子形成。

在新的研究中，德国慕尼黑工业大学的Roman Gernhauser和同事利用不同的粒子碰撞，试图找到“四中子”存在的确切证据。“我们形成了能想象到的最小中子星，它只包含4个中子。”

研究人员制造出比平常多出4个中子的氦原子，然后将其与质子碰撞。最终，这些碰撞只留下了4个中子，它们可以结合成一个“四中子”。

Gernhauser说，由于该实验旨在抑制可能干扰或被误认为是产生“四中子”的每一个反应，因此他们以无与伦比的精度测量了缺失的能量。通过追踪缺失的能量，他们推断出“四中子”形成的时间非常短暂，仅有10-22秒钟。

“这是一项真正的杰作。”英国伯明翰大学的Martin Freer表示。

团队成员、美国得克萨斯农工大学的Carlos Bertulani说，这一发现将有助于物理学家对核力本质的理论进行微调。他说，自100多年前核物理学之父欧内斯特·卢瑟福时代开始，关于中子如何结合或不结合的问题就一直困扰着核物理学家。

同在慕尼黑工业大学的Thomas Faestermann利用锂原子试图制造“四中子”，发现制造“四中子”所需的能量与新结果不同。虽然他同意“四中子”可能存在，但这种差异提出了一个问题，即它们究竟是如何产生的。他说：“我正在考虑如何协调这两个测量结果。”

Gernhauser和团队正在开发一种特殊的探测器，当“四中子”进入时，它可以记录一个清晰的信号。这将帮助他们更直接地研究该物质，而不是通过测量其能量来确定细节，例如，4个中子中每个中子与另外3个中子的结合强度。