更新於 2024/12/12發佈於 2021/12/13閱讀時間約 4 分鐘

第300話：實驗室中製造出了超微小中子星！！！

大家都知道「物質是由原子構成的」；最有梗的物理學家費曼也說，「如果這個文明要毀滅了，只能留一句話下來給下一個文明」，最有價值、知識含量最高的也是這句「物質是由原子構成的」。

大家也知道，「原子」這種東西，是由質子與中子組成原子核，然後外面有電子在跑。不過質子與中子這兩種粒子的地位有個決定性的差別：質子是不可或缺的，中子則否。世界上存在沒有中子的原子——雖然只有一種，就是氫原子，原子核內沒有中子，但是不存在沒有質子、只有中子的原子核。

另一方面，除了氫以外，也沒有任何一種原子核純粹由質子構成而沒有中子，因為這麼一來，沒有交互作用可以壓倒都是帶正電的質子之間的靜電排斥力，而把它們綁在一起成為原子核。倒是中子因為不帶電，沒有靜電排斥力，所以「沒有質子、純由中子組成的粒子」是否能存在呢？

答案是「有」，就是「中子星」，這是比太陽稍大一點的恆星死亡（核融合之火熄滅）後，其巨大的質量向內部塌陷，變成一個超高密度的物體，整個星球變成一個直徑大約只有20公里大小的球體，但是質量可一點兒也沒少，密度大約是每立方公尺100兆噸，也就是水的100兆倍。在「復仇者聯盟」中，雷神索爾手上的雷神之槌，「疑似」是中子星物質做成的，難怪重得要命，別人都拿不動…

不過如果真的是如此，可不是一句「別人都拿不動」可以解決的，整個空間都要彎曲、地球可能也要塌陷了。不過電影嘛，就說「反正有索爾的神力頂著」，也說得過去啦。

強壯如浩克也拿不動索爾的槌子，中子星物質耶！別開玩笑了。（來源：MARVEL）

中子星之所以存在，靠的是重力，所以需要巨大的質量，因此必須是個大傢伙。但是有沒有那種只有幾個中子綁在一起，變成像是原子核的東西？其實物理學家一直在嘗試找這種粒子，已經找了50多年了。最近德國的慕尼黑科技大學（Technical University of Munich）的物理學家，「疑似」找到了由四個中子組成的粒子。（找到就找到，為什麼是「疑似」？後面再說。）

Thomas Faestermann 領導的研究團隊，將「鋰-7」（原子量為7的鋰同位素，自然界中存量最多的一種）加速到光速的12%，轟擊另外的「鋰-7」原子，得到了「碳-10」以及「四個中子結合的粒子」。

這個研究中，以鋰原子轟擊鋰原子，得到「碳-10」與「四中子粒子」。（來源：慕尼黑科技大學）

這個「四中子粒子」算是「有點微妙的穩定」，半衰期是450秒，會因為中子的β衰變，讓這個粒子也衰變掉。

既然這是一種「全部都是由中子構成的物質」，也可以算是一種「中子星」吧？只不過是屬於超微小的，而且也不是靠重力綁在一起的，應該還是強核力，會不會造成強核力理論需要修正呢？還需要進一步的檢驗。

至於前面為什麼說是「疑似發現」呢？因為在粒子物理中，「找粒子」這件事，通常是找在加速器的撞擊中所量到能量的「次數統計圖」，總之是一種比較間接的觀察方式，通常在粒子物理中要必須落在「隨機事件的5個標準差以外」，大家才會同意「啊，發現了新粒子」，所謂「5個標準差」的意思是，「你看到的粒子其實不是真的粒子，而是湊巧各種隨機雜訊在那個能量產生了一個騙人的訊號」這件事發生的機率小於350萬分之一。而這次這個實驗的精準度，只能達到「3個標準差」，換算成「不是真的粒子而是騙人訊號的機率」是0.3%，所以也還沒達到「業界標準」，不過也不算太糟，是個「還有點微妙」的新發現。要真的確認是真的，可能還需要多做幾次實驗…

另外值得一提的是，這次用來做實驗的，是個已經退役的「范氏加速器」（Van de Graaff accelerator，以前作大學專題的時候也操作過，有點懷念），是個頗具刻苦耐勞精神的「再生儀器實驗」。

這個研究，發表於2022/01/10的「物理通訊B」（Physics Letters B，日期是正式出刊日，目前是「線上搶先看」），由於前述的各種微妙，論文也取了一個微妙的標題「四中子束縛態的跡象」（Indications for a bound tetraneutron）。