El resultado se ha publicado en la revista Nature y supone la primera observación compatible con un sistema de la materia formado exclusivamente por neutrones. Este hallazgo, clave para entender cómo funciona la fuerza nuclear, fue presentado en exclusiva en el congreso DREB2022, organizado por el Instituto Galego de Física de Altas Enerxías la semana pasada en Santiago de Compostela
Una de las búsquedas continuas desde hace seis décadas en física nuclear ha sido saber si pueden existir sistemas cuasi-ligados formados únicamente por neutrones. Para mantener un núcleo ligado, la materia visible necesita de protones y neutrones. Excepto las estrellas de neutrones, que están compuestas exclusivamente por neutrones, nunca había sido posible identificar sistemas ligados multineutrónicos.
Sin embargo, un nuevo trabajo publicado en Nature, en el que han participado las investigadoras del IGFAE Dolores Cortina Gil y Beatriz Fernández Domínguez, anuncia la primera observación de un estado de materia exótica formado por solo cuatro neutrones: el tetraneutrón. Los resultados se presentaron en primicia la semana pasada en el congreso internacional DREB2022 organizado por el IGFAE, centro mixto de la Universidad de Santiago de Compostela y la Xunta de Galicia.
Este descubrimiento es clave para entender cómo funciona la fuerza nuclear que permite a los nucleones (los protones y neutrones) mantenerse unidos en el interior del núcleo atómico. También es fundamental para entender la estructura y composición de las estrellas neutrones. En estos cuerpos los neutrones están ligados por la extrema fuerza gravitatoria de su interior: concentran una masa un poco mayor a la del Sol en un radio de apenas 10 km. Son ultra compactos y densos.
El experimento lo realizó una colaboración internacional en la instalación RIBF (Radioactive Ion Beam Factory) en RIKEN (Japón) y se considera uno de los resultados de la fase previa del experimento R3B (del inglés, Reacciones con Haces Relativistas Radiactivos). “Para producir este nuevo estado de materia se hizo interaccionar un haz de núcleos de un isótopo exótico del helio, el helio-8, acelerado a energías relativistas ‒a velocidades cercanas a las de la luz‒ contra un blanco de hidrógeno líquido”, explica Dolores Cortina, una de las autoras del artículo, catedrática de la Universidad de Santiago de Compostela y coordinadora del experimento R3B. “Tras la reacción, el núcleo de helio-8 se fragmenta en una partícula alfa y 4 neutrones. A partir de ese momento la fuerza nuclear permite la interacción entre estos neutrones, dando lugar a este estado denominado tetraneutrón y que ahora hemos caracterizado midiendo con mucha precisión la partícula alfa arrancada”.
“La medida permitirá dar un paso adelante en la comprensión de la fuerza nuclear y representa un reto a la hora de poder explicarla con las teorías ab-initio actuales”, señala la investigadora del IGFAE que también firmó este trabajo, Beatriz Fernández Domínguez. El próximo objetivo será detectar directamente el sistema de cuatro neutrones y estudiar eventuales correlaciones entre ellos. “Una vez se finalice la instalación de FAIR, un nuevo centro de investigación de física nuclear en Darmstadt (Alemania), el experimento R3B permitirá confirmar estos resultados mediante la detección directa de los cuatro neutrones”, apunta Cortina.
Referencias:
Duer, M., Aumann, T., Gernhäuser, R. et al. Observation of a correlated free four-neutron system. Nature 606, 678–682 (2022). DOI: https://doi.org/10.1038/s41586-022-04827-6
Imagen: Dolores Cortina Gil y Beatriz Fernández Domínguez, investigadoras del IGFAE y profesoras de la USC firmantes del artículo de Nature. Crédito: Elena Mora (IGFAE).
