¿Descubrimos una extraña partícula de 4 neutrones?

Este equipo, dirigido por el Dr. Thomas Faestermann, afirma haber creado una partícula con cuatro neutrones, unidos entre sí, en uno de los últimos experimentos llevados a cabo en el acelerador de partículas Van de Graaff de la universidad. Si tal partícula existiera, algunos aspectos de la teoría de la interacción fuerte, en la que se basa la cohesión de los núcleos atómicos, podrían cuestionarse. Además, un estudio más a fondo de estas partículas proporcionaría una mejor comprensión de las propiedades de las estrellas de neutrones.

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Una partícula hipotética buscada durante dos décadas

La interacción fuerte es una de las tres interacciones descritas por el modelo estándar de física de partículas (junto con la interacción débil y la interacción electromagnética). Esta fuerza actúa sobre quarks, antiquarks y gluones; mantiene unidos los quarks para formar hadrones (como protones y neutrones). Es la más fuerte de las interacciones fundamentales. » La interacción fuerte es literalmente la fuerza que mantiene unido al mundo en su núcleo. Los átomos más pesados ​​que el hidrógeno serían impensables sin él », Explica el Dr. Thomas Faestermann en un comunicado de prensa.

El tetraneutrón es una partícula hipotética, que estaría compuesta por cuatro neutrones que interactúan; Esta por alli habría sido observado en 2001 en el Gran Acelerador Nacional de Iones Pesados ​​(GANIL) en Caen, durante la descomposición de los núcleos de berilio y litio. Aún, Dtrabajo posterior demostró que la metodología entonces utilizada no pudo probar la existencia de esta partícula, cuya observación nunca podría repetirse.

En 2016, Investigadores RIKEN, en Japón, sugirió que el tetraneutrón podría existir brevemente como una «resonancia». Para llegar a esta conclusión, dispararon un rayo de helio-8 núcleos (⁸Él) rico en neutrones, dos protones y seis neutrones para ser más precisos, en un objetivo líquido compuesto de helio-4 (⁴Él) – dos protones y dos neutrones. A veces, la reacción produjo núcleos de berilio-8 (⁸Be), compuesto por cuatro protones y cuatro neutrones, que eventualmente se desintegraron en dos partículas alfa (⁴Él).

Representación esquemática de la reacción utilizada por Kisamori et al., Del Instituto RIKEN, para investigar el tetraneutrón. Crédito: APS / Alan Stonebreaker

Durante el experimento, los investigadores no detectaron directamente el sistema de cuatro neutrones, porque esto es imposible para los neutrones de muy baja energía que resultan de esta reacción; por otro lado, utilizaron el método de la «masa perdida», que consiste en deducir el momento (y por lo tanto la energía) de ese sistema a partir de la medición del momento del sistema. ⁸Ponga sus iniciales él y las dos partículas alfa (⁴Es) producido por la descomposición de ⁸Ser. Finalmente, sus mediciones sugirieron que el tetraneutrón no estaba encendido, sino que se desintegraba muy rápidamente (¡después de una mil millonésima de mil millonésima de segundo!) En cuatro neutrones independientes.

¡Una certeza superior al 99,7%!

Esta vez, Faestermann y su equipo intentaron observar el tetraneutrón bombardeando un objetivo de litio-7 (⁷li) con partículas de ⁷Li aceleró a aproximadamente un 12% la velocidad de la luz. Además del tetraneutrón, esta reacción debería producir teóricamente carbono-10 (¹⁰VS). Los investigadores no solo pudieron detectar este isótopo de carbono, sino que pudieron confirmar este resultado repitiendo el experimento en diferentes condiciones cinemáticas. Su investigación es el tema de un artículo. en revisión Letras de física B.

Diagrama de reacción implementado por Thomas Faestermann y su equipo. Crédito: Thomas Faestermann / TUM

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Los resultados de la medición coinciden con la firma que cabría esperar del carbono-10 en su primer estado excitado y un tetraneutrón unido, con una energía de enlace de 0,42 megaelectronvoltios (MeV), escribieron los investigadores. » Para nosotros, esta es la única explicación físicamente plausible de los valores medidos en todos los aspectos. », Explica el Dr. Thomas Faestermann. Las mediciones sugieren además que el tetraneutrón sería casi tan estable como el neutrón mismo; luego se desintegraría por desintegración beta con una vida media de 450 segundos (la de un neutrón es del orden de 610 segundos).

Con sus mediciones, el equipo logra una certeza de más del 99,7%, o 3 sigma, lo que, en estadísticas, puede considerarse casi una certeza. Pero en física, la existencia de una partícula solo se considera definitivamente probada cuando las mediciones experimentales alcanzan una certeza de 5 sigma. Así que los investigadores ahora esperan ansiosamente una confirmación independiente. Si su existencia es confirmada por experimentos adicionales, este tetraneutrón sería el primer ejemplo de un núcleo descargado, que en teoría no debería existir, involucrando potencialmente un tipo de fuerza peculiar de los neutrones, nunca antes descrita. ‘