Réputé insaisissable, l’étrange tétraneutron a été observé pour la première fois en laboratoire

Si les premiers signes de l’existence des tétraneutrons avaient été entrevus il y a deux décennies, des physiciens allemands ont récemment pu obtenir une mesure nettement plus claire et précise de ces derniers.

Le mystérieux tétraneutron

Toute matière contient des neutrons, mais il s’avère que seules les étoiles à neutrons sont constituées exclusivement de ces particules, liées entre elles par d’intenses forces nucléaires. Bien que de tels astres soient étudiés depuis des décennies, la façon exacte dont ils sont structurés reste obscure.

Lire aussi Le CERN produit des hypernoyaux, un nouveau type de matière exotique

En 2002, des chercheurs avaient rapporté avoir accidentellement observé la formation de tétraneutrons (en comportant quatre) à la suite de collisions entre des atomes de béryllium et de carbone. Toutefois, leurs expériences impliquaient une large marge d’erreur permettant d’envisager d’autres hypothèses, comme la formation d’un type différent de particule.

Dans le cadre de travaux publiés dans la revue Nature, Roman Gernhäuser et ses collègues de l’université technique de Munich ont utilisé des particules différentes afin de tenter de trouver une preuve plus définitive de l’existence de l’insaisissable tétraneutron. Après avoir créé des atomes d’hélium possédant quatre neutrons supplémentaires, l’équipe les a fait entrer en collision avec des protons. À l’issue de celle-ci, il ne restait plus que quatre neutrons, qui ont pu se combiner pour former la fameuse particule.

L’énergie et la quantité de mouvement de l’ensemble des particules ont été mesurées avant et après la collision. Grâce à des expériences antérieures et à des calculs théoriques, les chercheurs savaient précisément quelle quantité d’énergie devrait « manquer » si ce phénomène avait effectivement entraîné la création d’un tétraneutron, ayant très exactement persisté 10^-22 secondes.

Lire aussi Des physiciens observent pour la première fois une particule décrite il y a plus d’une décennie

Un véritable tour de force

« C’est un véritable tour de force », estime Martin Freer de l’université de Birmingham. «
L’expérience ayant été conçue pour supprimer toute réaction qui aurait pu interférer avec la création d’un tétraneutron ou être confondue avec celle-ci, l’énergie manquante a pu être mesurée avec une précision inégalée. »

Selon Carlos Bertulani, de l’université du Texas, une telle découverte aidera les physiciens à affiner leurs théories sur la nature des forces nucléaires. « La façon dont les neutrons se fixent ou non les uns aux autres préoccupent les physiciens nucléaires depuis plus d’un siècle », souligne-t-il.

Gernhäuser et son équipe conçoivent actuellement un détecteur spécifique qui pourrait enregistrer un signal clair lorsqu’un tétraneutron y pénètre. Une telle approche permettrait d’observer la matière plus directement et d’étudier certains détails, notamment la force avec laquelle chacun des quatre neutrons est lié aux trois autres.

Lire aussi Des scientifiques dévoilent la structure interne d’un neutron avec une précision effarante