중성자-4
중성자-4 또는 테트라뉴트론(tetraneutron)은 4개의 중성자로 이루어진 가상의 안정한 핵이다. 이 입자핵의 존재는 현대 핵물리학의 힘 모델로는 설명이 되지 않는다.[1] 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.[2] 하지만 이후 다시 이 입자를 관찰하려는 시도는 실패하였다.
마르퀴에의 실험 편집
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.[2] 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 실험 이후 편집
마르퀴에의 실험을 검증하기 위한 후속 실험에서는 원래 마르퀴에가 했던 실험 결과 분석의 일부에 오류가 있다는 주장이 나왔으며,[3] 다른 방법으로 중성자-4를 검출하려는 시도는 실패하였다.[4] 하지만, 안정된 중성자-4가 실제로 존재함이 확인할 경우 현대의 원자핵 모델은 대폭 수정해야 한다. 이에 대한 대체 모델 중 하나는 베르툴라니와 젤레빈스키가 만든 모델로[5] 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[6][7][8] 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.[9]
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.[10][11]
더 보기 편집
각주 편집
- ↑ 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.
- ↑ 가 나 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.