ニュートロニウム

ニュートロニウム：中性子のみからなる物質？

「ニュートロニウム (Neutronium)」とは、中性子のみで構成された物質を指す、提案・提唱されている用語です。1926年に初めて登場したこの言葉は、時代とともにその意味合いを変えながら、科学界や一般社会において議論の的となってきました。しかしながら、純粋な形で存在するかどうか、そもそも元素として定義できるのかどうかは未だ不明瞭なままです。

歴史：原子番号0の元素？

ニュートロニウムという用語は、1926年、エストニアの化学者アンドレアス・フォン・アントロポフによって命名されました。アントロポフは、原子番号0の元素を提唱し、周期表の先頭に位置すると予測、これをニュートロニウムと名付けたのです。彼独自の周期表では、ニュートロニウムが堂々とその先頭を飾っていました。

その後、時代が下るにつれて、ニュートロニウムは螺旋状の周期表の中心に位置づけられる表現も現れました。フランスのシャルル・ジャネ（1928年）、アメリカのエドガー・エマーソン（1944年）、ジョン・D・クラーク（1950年）、そしてイギリスのフィリップ・スチュワート（2005年）など、多くの科学者がそれぞれの周期表にニュートロニウムを配置しています。これらの周期表におけるニュートロニウムの位置付けは、その時代の科学的理解を反映していると言えるでしょう。

ニュートロニウムと中性子星：密度の極致

一般向けの文献では、ニュートロニウムはしばしば「中性子星の核に含まれる物質」という意味で使われます。中性子星は極めて高密度な天体で、表面から約1kmよりも深い部分では、電子の縮退圧だけでは支えきれなくなります。密度が10¹⁰ kg/m³を超えると、原子核内の陽子が電子を捕獲して中性子へと変化し始めます。密度が4.3×10¹⁴ kg/m³から1×10¹⁷ kg/m³の領域では、中性子は原子核の外でも安定に存在できるようになります。この領域は中性子星の地殻（クラスト層）に相当します。

中性子星の内部は、外核（アウターコア）と内核（インナーコア）から成ると考えられています。外核では、わずかな陽子や電子を除き、ほとんどが自由中性子で占められていると推測されています。一方、内核では、中性子内部からπ中間子が漏れ出ていると考えられています。

このように、中性子星の核を構成する物質をニュートロニウムと呼ぶ場合がありますが、専門的な科学文献ではこの用語はほとんど用いられません。その理由は、ニュートロニウムの定義が統一されていないこと、そして中性子星の核が、中心部では中性子以外の素粒子を多く含む複雑な構造をしているためです。専門家たちは、中性子星の核物質を一般的に「中性子縮退物質」として扱っています。

ニュートロニウムの同位体：仮説上の粒子たち

科学文献において、ニュートロニウムは物質や元素を指す用語としては通常使用されません。しかし、陽子を含まず、複数の中性子のみから成る粒子の存在可能性に関する報告においては、ニュートロニウムという表現が使われることがあります。中性子の数によって、モノニュートロン（単一中性子）、ダイニュートロン（2個の中性子）、トリニュートロン（3個の中性子）、テトラニュートロン（4個の中性子）など、様々な仮説上の粒子が考えられています。

モノニュートロンは自由中性子であり、ベータ崩壊で生成されますが、平均寿命は約15分と短命です。ダイニュートロンは束縛粒子ではなく、ごく短時間しか存在しないと考えられています。トリニュートロンは存在が確認されていません。テトラニュートロンについては、2022年に理化学研究所による存在の報告があり話題を呼びました。さらに、中性子20個からなるイコサニュートロンまで考えられていますが、これらは計算上存在しにくいと考えられています。

もしニュートロニウムを1つの元素として認めるならば、これらの粒子はニュートロニウムの同位体と見なすことができます。米ブルックヘブン国立研究所の国立核データセンターが発行する『Nuclear Wallet Cards』では、元素記号n、原子番号Z=0、質量数A=1のニュートロニウムが元素としてリストアップされています。

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