중성자-4(neutron-4)는 4개의 중성자로 이루어진 가상의 원자핵을 말하며, 테트라뉴트론(tetraneutron)이라고도 불린다. 현대 핵물리학의 표준 핵력 모델로는 중성자만으로 이루어진 안정한 핵이 존재할 수 있다고 설명되지 않는다.
2001년, 프란시스코 미겔 마르케스(Francisco Miguel Marqués)와 동료 연구팀이 프랑스 캉(Caen)의 GANIL(Grand Accélérateur National d'Ions Lourds)에서 베릴륨과 리튬 핵의 충돌 실험을 수행하였다. 이들은 베릴륨-14, 베릴륨-15, 리튬-11 등의 핵을 탄소 표적에 충돌시켰을 때, 현대 원자핵 모델이 예측하는 대로 독립된 중성자 4개가 방출되는 대신 베릴륨-10이 생성되면서 핵분열 생성물 입자가 하나만 검출된 점을 근거로 중성자 4개가 결합된 입자의 존재 가능성을 제기하였다.
그러나 이후 이 입자를 재관측하려는 후속 실험들은 대부분 실패하였으며, 초기 실험 결과 분석에 오류가 있었다는 주장도 제기되었다. 만약 안정된 중성자-4가 실제로 존재하는 것으로 확인된다면 현대 핵물리학의 원자핵 모델은 근본적인 수정이 불가피하다. 이에 대한 대안적 모델로 베르툴라니(C. A. Bertulani)와 젤레빈스키(V. G. Zelevinsky)는 중성자-4가 존재한다면 이는 두 개의 다이뉴트론(dineutron, 중성자-2) 분자가 결합된 형태일 것이라고 제안한 바 있다.
2016년, 일본 이화학연구소(RIKEN) 연구진은 헬륨-6(양성자 2개, 중성자 6개)을 헬륨-4(양성자 2개, 중성자 2개) 액체 표적에 충돌시키는 실험을 통해 중성자-4가 공진(resonance) 상태로 극히 짧은 시간(약 10⁻²¹초) 동안 존재할 수 있다는 증거를 발표하였다. 이는 안정한 결합 상태가 아닌 매우 수명이 짧은 공명 상태로서의 존재 가능성을 시사한다.
현재까지 중성자-4가 안정한 핵종으로 존재한다는 결정적인 증거는 확보되지 않았으며, 이에 대한 연구는 핵물리학의 미해결 난제 중 하나로 남아 있다.
