Hoewel neutronen graag samenwerken met protonen om de kern van een atoom te maken, de deeltjes zijn altijd berucht geweest vanwege hun onwil om zich met elkaar te binden. Maar volgens een nieuwe voorgestelde theorie, deze deeltjes kunnen onder bepaalde omstandigheden communiceren, het vormen van een nieuw soort 'ondeeltje' - wat het bewijs zou kunnen zijn van een nieuw soort symmetrie in de natuurkunde.

Dam Thanh zoon, de universiteitshoogleraar natuurkunde aan de universiteit van Chicago, legde het argument uit in een studie gepubliceerd in Proceedings van de National Academy of Sciences , waarvan hij co-auteur was met Hans-Werner Hammer van de Technische Universiteit van Darmstadt in Duitsland.

De nieuwe studie is geïnspireerd op een idee dat voor het eerst werd voorgesteld in 2007 door Howard Georgi, professor aan de universiteit van Harvard, die suggereerde dat er een fenomeen zou kunnen zijn dat verder gaat dan ons traditionele idee van materie.

"Alles om ons heen is gemaakt van deeltjes - een gelokaliseerde stip in de ruimte die energie kan vervoeren - maar zijn idee was dat in de natuur, misschien kan er iets zijn dat energie draagt, maar is minder scherp en vager, "zei Son. "Hij noemde dit concept speels een 'unparticle'."

Son en Hammer wilden proberen dit concept toe te passen om het gedrag van deeltjes in de kernen van atomen te begrijpen - vooral meer exotische kernen, die in en uit het bestaan ​​knipogen tijdens gewelddadige gebeurtenissen in het universum, zoals wanneer sterren exploderen. "We kennen slechts een fractie van deze exotische kernen, " zei zoon.

Om deze exotische atoomkernen op aarde te bestuderen, wetenschappers slaan zware kernen tegen elkaar in versnellers. Wat eruit komt is een nieuwe kern, en een regen van neutronen. Son en Hammer merkten op dat terwijl de neutronen naar buiten en wegstroomden, een paar die in dezelfde richting gaan, kunnen met elkaar blijven 'praten', zelfs nadat de anderen zijn gestopt met communiceren. Deze aanhoudende communicatie tussen neutronen zou een vage "unnucleus, " met zijn eigen eigenschappen die verschillen van normale kernen.

Om een ​​idee te krijgen van deze vaagheid, zoon zei, "Het is een beetje zoals het verschil tussen geraakt worden door een steen, en geraakt worden door een stroom water." Beide dragen energie, maar de vorm is anders.

In hun nieuwe studie Son en Hammer legden uit hoe en waar te zoeken naar bewijs van deze "unnuclei" in versnellers, en een algemene verklaring voor het gebied van wat ze speels 'niet-nucleaire fysica' noemden.

Dit kan een manifestatie zijn, zeiden de wetenschappers, van een soort symmetrie die conforme symmetrie wordt genoemd. Symmetrieën zijn fundamenteel voor de moderne natuurkunde; het zijn gemeenschappelijke kenmerken die blijven bestaan, zelfs als een systeem verandert - het meest bekende is dat de lichtsnelheid in het hele universum constant is.

In conforme symmetrie, een ruimte vervormd, maar alle hoeken blijven ongewijzigd. Bijvoorbeeld, wanneer men een 2D-kaart van de gehele 3D-aarde tekent, het is onmogelijk om alle afstanden en hoeken tegelijkertijd te behouden. Echter, enkele kaarten, zoals een gemeenschappelijke versie voor het eerst getekend door Gerardus Mercator, worden zo getekend dat alle hoeken correct blijven, maar ten koste van het sterk vervormen van de afstanden nabij de polen.

"Deze conforme symmetrie komt niet voor in het standaardmodel van de natuurkunde, maar het komt wel voor in Georgi's 'unparticle'-voorstel, en het verschijnt ook hier, Son zei. De hoeveelheid energie die door elk deeltje in de "unnucleus" wordt gedragen, blijft ongewijzigd, zelfs als de afstand tussen hen verandert.

"Het was een verrassing voor mij, omdat ongebruikelijk voor kernfysica, deze resultaten lijken enige universaliteit te hebben, "zei zoon. Dat wil zeggen, in tegenstelling tot de vele berekeningen in de natuurkunde die afhankelijk zijn van de nauwkeurigheid van zelfs de kleinste details en getallen, "deze cijfers zijn helemaal niet gevoelig voor detail, " hij zei.

Omdat de berekeningen zo robuust zijn, zelfs als sommige details ontbreken, Son zei dat als het argument wordt bevestigd, natuurkundigen kunnen deze formules misschien gebruiken om andere berekeningen te controleren.

Hij en Hammer merkten ook op dat dit gedrag kan optreden wanneer atomen worden afgekoeld tot superlage temperaturen, en in exotische deeltjes genaamd tetraquarks, bestaande uit twee quarks en twee antiquarks.

"Het is interessant om aan een probleem te werken dat gevolgen kan hebben op zoveel gebieden van de natuurkunde, " zei zoon.