¿Hemos detectado un tetraneutrón?

Los científicos que utilizan el Analizador superconductor para partículas múltiples de haces de radioisótopos (SAMURAI) operada por el Centro RIKEN Nishina y el Centro de Estudios Nucleares de la Universidad de Tokio. en Japón, han observado experimentalmente un tetraneutrón. Si se confirma, podría ayudar a los científicos a comprender mejor las fuerzas nucleares de la física.

Una historia de muchas décadas

Durante seis décadas, los científicos han buscado grupos de cuatro neutrones llamados tetraneutrones, pero la evidencia de su existencia ha sido inestable. De hecho, hasta en 1965 hubo un estudio que concluyó que “la existencia de tetraneutrones es muy poco probable”. Ahora podría ser distinto. Lo que han observado en SAMURAI parecen ser tetraneutrones. El resultado refuerza el caso de que los cuatro neutrones son más que un producto de la imaginación de los físicos.

¿Qué es exactamente un tetraneutrón?

Es un tipo exótico de materia compuesta por cuatro neutrones. Los neutrones y los protones forman el núcleo de casi todos los elementos del universo, manteniéndose unidos gracias a la fuerza nuclear fuerte.

A diferencia de un núcleo atómico, en el que los protones y los neutrones están sólidamente unidos, los supuestos tetraneutrones parecen ser estados casi unidos o resonantes. Eso significa que los grupos duran solo por instantes fugaces, en este caso, menos de una billonésima de billonésima de segundo.

“Este avance experimental proporciona un punto de referencia para probar la fuerza nuclear con un sistema puro hecho solo de neutrones”, explica Meytal Duer, del Instituto de Física Nuclear de la TU Darmstadt y coautor del trabajo que publica la revista Nature. “La interacción nuclear entre más de dos neutrones no se pudo probar hasta ahora, y las predicciones teóricas arrojan una amplia dispersión en cuanto a la energía y el ancho de un posible estado de tetraneutrones.

¿Cómo lo han conseguido?

El equipo pudo lograrlo disparando un isótopo de helio, llamado helio-8, que tiene cuatro neutrones adicionales en comparación con la versión más común, a un objetivo hecho de hidrógeno líquido. Cuando las partículas chocaron, desaparecieron cuatro neutrones. Su ausencia duró alrededor de 1 billonésima de billonésima de segundo antes de reaparecer como desintegración de partículas. La técnica utilizada fue diferente a la empleada anteriormente para crear una interacción tan particular.

Para confirmar cuál era el escenario más probable, Shimoura y su equipo midieron la energía emitida por las partículas en la reacción y descubrieron que no habría sido suficiente para expulsar cada uno de los neutrones faltantes de forma independiente. "Esto confirmó que los cuatro neutrones que quedaron atrás estaban efectivamente unidos a una partícula de tetraneutrón", comentan los expertos.

“Un tetraneutrón tiene una vida tan corta que es un gran impacto para el mundo de la física nuclear que sus propiedades se puedan medir antes de que se rompa”, dijo el físico teórico James Vary. “Es un sistema muy exótico”. Es, de hecho, "un estado completamente nuevo de la materia", dijo. “Es de corta duración, pero apunta a posibilidades. ¿Qué pasa si pones dos o tres de estos juntos? ¿Podrías conseguir más estabilidad?

Este descubrimiento abre las puertas a nuevas investigaciones y podría conducir a una mejor comprensión de cómo se compone el universo. Este nuevo y exótico estado de la materia también podría tener propiedades útiles en tecnologías existentes o emergentes.

“La clave para la observación exitosa del tetraneutrón fue la reacción elegida, que aísla los cuatro neutrones en un proceso rápido, en comparación con la escala nuclear, y la cinemática elegida de gran transferencia de momento, que separa los neutrones de las partículas cargadas en espacio de impulso”, dijo Thomas Aumann, físico del Instituto de Física Nuclear de la Technische Universität Darmstadt. “La cinemática extrema dio como resultado una medición casi sin fondo. Ahora planeamos emplear la misma reacción para realizar una medición precisa de la interacción neutrón-neutrón de baja energía. Actualmente se está construyendo un detector de neutrones dedicado para este experimento”, concluyen los investigadores.