O resultado publicouse na revista Nature e supón a primeira observación compatible cun sistema da materia formado exclusivamente por neutróns. Este achado, clave para entender como funciona a forza nuclear, foi presentado en exclusiva no congreso DREB2022, organizado polo Instituto Galego de Física de Altas Enerxías a semana pasada en Santiago de Compostela

Unha das procuras continuas desde fai seis décadas en física nuclear foi saber se poden existir sistemas case-ligados formados unicamente por neutróns.  Para manter un núcleo ligado, a materia visible necesita de protóns e neutróns. Excepto as estrelas de neutróns, que están compostas exclusivamente por neutróns, nunca fora posible identificar sistemas ligados multineutrónicos.

Con todo, un novo traballo publicado en Nature, no que participaron as investigadoras do IGFAE Dolores Cortina Gil e Beatriz Fernández Domínguez, anuncia a primeira observación dun estado de materia exótica formado por só catro neutróns: o tetraneutrón. Os resultados presentáronse en primicia a semana pasada no congreso internacional DREB2022 organizado polo IGFAE, centro mixto da Universidade de Santiago de Compostela e a Xunta de Galicia.

Este descubrimento é clave para entender como funciona a forza nuclear que permite aos nucleones (os protóns e neutróns) manterse unidos no interior do núcleo atómico. Tamén é fundamental para entender a estrutura e composición das estrellas de neutróns. Nestes corpos os neutróns están ligados pola extrema forza gravitatoria do seu interior: concentran unha masa un pouco maior á do Sol nun radio de apenas 10 km. Son ultra compactos e densos.

O experimento realizouno unha colaboración internacional na instalación RIBF (Radioactive Ion Beam Factory) en RIKEN (Xapón) e considérase un dos resultados da fase previa do experimento R3B (do inglés, Reaccións con Feixes Relativistas Radioactivos). “Para producir este novo estado de materia fíxose interaccionar un feixe de núcleos dun isótopo exótico do helio, o helio-8, acelerado a enerxías relativistas ‒a velocidades próximas ás da luz‒ contra un branco de hidróxeno líquido”, explica Dolores Cortina, unha das autoras do artigo, catedrática da Universidade de Santiago de Compostela e coordinadora do experimento R3B. “Tras a reacción, o núcleo de helio-8 se fragmenta nunha partícula alfa e 4 neutróns. A partir dese momento a forza nuclear permite a interacción entre estes neutróns, dando lugar a este estado denominado tetraneutrón e que agora caracterizamos medindo con moita precisión a partícula alfa arrancada”.

“A medida permitirá dar un paso adiante na comprensión da forza nuclear e representa un reto á hora de poder explicala coas teorías ab-initio actuais”, sinala a investigadora do IGFAE que tamén asinou este traballo, Beatriz Fernández Domínguez. O próximo obxectivo será detectar directamente o sistema de catro neutróns e estudar eventuais correlacións entre eles. “Unha vez finalícese a instalación de FAIR, un novo centro de investigación de física nuclear en Darmstadt (Alemaña), o experimento R3B permitirá confirmar estes resultados mediante a detección directa dos catro neutróns”, 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

Imaxe: Dolores Cortina Gil e Beatriz Fernández Domínguez, investigadoras do IGFAE e profesoras da USC firmantes do artículo de Nature. Crédito: Elena Mora (IGFAE).