Även om neutroner älskar att samarbeta med protoner för att göra en atoms kärna, partiklarna har alltid varit ökända för sin ovilja att binda med varandra. Men enligt en ny föreslagen teori, dessa partiklar kan kommunicera under vissa omständigheter, bildar en ny sorts 'opartikel' – som kan ge bevis på en ny typ av symmetri inom fysiken.

Dam Thanh Son, universitetsprofessorn i fysik vid University of Chicago, lade fram argumentet i en studie publicerad i Förfaranden från National Academy of Sciences , som han skrev tillsammans med Hans-Werner Hammer från Darmstadts tekniska universitet i Tyskland.

Den nya studien inspirerades av en idé som först föreslogs 2007 av professorn Howard Georgi vid Harvard University, som föreslog att det kan finnas ett fenomen bortom vår traditionella idé om materia.

"Allt som omger oss är gjort av partiklar - en lokaliserad prick i rymden som kan bära energi - men hans idé var att i naturen, kanske det kan finnas något som bär energi, men är mindre skarp och mer suddig, "sa Son." Han kallade lekfullt detta begrepp för en "opartikel". "

Son och Hammer ville försöka tillämpa detta koncept för att förstå beteendet hos partiklar i atomkärnorna - särskilt mer exotiska kärnor, som blinkar in och ut tillvaron under våldsamma händelser i universum, som när stjärnor exploderar. "Vi känner bara till en bråkdel av dessa exotiska kärnor, "sa sonen.

För att studera dessa exotiska atomkärnor på jorden, forskare krossar tunga kärnor i varandra i acceleratorer. Det som kommer ut är en ny kärna, och en dusch av neutroner. Son och Hammer observerade att när neutronerna strömmar ut och iväg, några som går åt samma håll kan fortsätta att "prata" med varandra – även efter att de andra har slutat interagera. Denna ihållande kommunikation mellan neutroner kan utgöra en flummig "unnucleus, "med sina egna egenskaper som skiljer sig från normala kärnor.

För att få en känsla av denna luddighet, Sonen sa, "Det är lite som skillnaden mellan att bli träffad av en sten, och träffas av en ström av vatten. "Båda bär energi, men formen är annorlunda.

I deras nya studie, Son och Hammer lade ut hur och var man skulle leta efter bevis på dessa "unuclei" i acceleratorer, och en allmän förklaring till området för vad de lekfullt kallade "okärnfysik".

Detta kan vara en manifestation, sa forskarna, av en typ av symmetri som kallas konform symmetri. Symmetrier är grundläggande för modern fysik; de är gemensamma drag som kvarstår även när ett system förändras - det mest kända är att ljusets hastighet är konstant i hela universum.

I konform symmetri, ett utrymme förvrängt, men alla vinklar hålls oförändrade. Till exempel, när man ritar en 2D-karta över hela 3D-jorden, det är omöjligt att bevara alla avstånd och vinklar samtidigt. Dock, några kartor, till exempel en vanlig version som först ritades av Gerardus Mercator, är ritade så att alla vinklar förblir korrekta, men på bekostnad av att kraftigt snedvrida avstånden nära polerna.

"Denna konforma symmetri förekommer inte i standardmodellen för fysik, men det finns med i Georgis förslag om "unparticle", och det visas också här, " sa Son. Andelen energi som bärs av varje partikel i "unnucleus" förblir oförändrad även när avståndet mellan dem ändras.

"Det var en överraskning för mig, eftersom ovanligt för kärnfysik, dessa resultat verkar ha en viss universalitet, "sa Son. Det vill säga, till skillnad från de många beräkningar i fysik som beror på noggrannheten i även de minsta detaljerna och siffrorna, "dessa siffror är inte känsliga för detaljer alls, " han sa.

Eftersom beräkningarna är så robusta även om vissa detaljer saknas, Son sa att om argumentet bekräftas, fysiker kan kanske använda dessa formler för att kontrollera andra beräkningar.

Han och Hammer noterade också att detta beteende kan uppstå när atomer kyls till superlåga temperaturer, och i exotiska partiklar som kallas tetraquarks, består av två kvarker och två antikvarker.

"Det är intressant att arbeta med ett problem som kan få konsekvenser inom så många fysikområden, " sa sonen.