Si bien todos los núcleos atómicos, excepto el hidrógeno, están compuestos de protones y neutrones, los físicos han estado buscando una partícula que consta de dos, tres o cuatro neutrones durante más de medio siglo.
Los experimentos de un equipo de físicos de la Universidad Técnica de Munich (TUM) en el laboratorio del acelerador en el campus de investigación de Garching ahora indican que una partícula que comprende cuatro neutrones ligados bien puede existir.
Si bien los físicos nucleares están de acuerdo en que no hay sistemas en el universo hechos solo de protones, han estado buscando partículas que comprendan dos, tres o cuatro neutrones durante más de 50 años.
Si tal partícula existiera, habría que repensar partes de la teoría de la interacción fuerte.
Además, estudiar estas partículas con más detalle podría ayudarnos a comprender mejor las propiedades de las estrellas de neutrones.
“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 ella”, dice el Dr. Thomas Faestermann, quien dirigió los experimentos.
Todo apunta ahora al hecho de que precisamente este tipo de partículas fueron creadas en uno de los últimos experimentos llevados a cabo en el acelerador de partículas Van de Graaff, ahora fuera de servicio, en el campus de investigación de Garching.
La larga búsqueda del tetraneutrón
Hace 20 años, un grupo de investigación francés publicó mediciones que interpretaron como la firma del buscado tetraneutrón.
Sin embargo, trabajos posteriores de otros grupos mostraron que la metodología utilizada no podía probar la existencia de un tetraneutrón.
En 2016, un grupo en Japón intentó producir tetraneutrones a partir de helio-4 bombardeándolo con un haz de partículas radiactivas de helio-8.
Esta reacción debería producir berilio-8. De hecho, pudieron detectar cuatro de esos átomos.
A partir de los resultados de sus mediciones, los investigadores concluyeron que el tetraneutrón no estaba unido y se descomponía rápidamente en cuatro neutrones.
En sus experimentos, Faestermann y su equipo bombardearon un objetivo de litio-7 con partículas de litio-7 aceleradas a aproximadamente al 12 por ciento de la velocidad de la luz.
Además del tetraneutrón, esto debería producir carbono-10. Y de hecho, los físicos lograron detectar esta especie. Una repetición confirmó el resultado.
Evidencia circunstancial
Los resultados de la medición del equipo coincidieron con la firma que se esperaría del carbono-10 en su primer estado excitado y un tetraneutrón unido por 0,42 megaelectronvoltios (MeV).
Según las mediciones, el tetraneutrón sería aproximadamente tan estable como el propio neutrón.
Luego se desintegraría por desintegración beta con una vida media de 450 segundos. “Para nosotros, esta es la única explicación físicamente plausible de los valores medidos en todos los aspectos”, explica el Dr. Thomas Faestermann.
Con sus mediciones, el equipo logra una certeza de más del 99,7 por ciento, o 3 sigma.
Pero en física, la existencia de una partícula solo se considera probada de manera concluyente una vez que se alcanza una certeza de 5 sigma. Por lo tanto, los investigadores ahora esperan ansiosamente una confirmación independiente.
Referencia: Thomas Faestermann, Andreas Bergmaier, Roman Gernhäuser, Dominik Koll, Mahmoud Mahgoub. Indications for a bound tetraneutron. Physics Letters B, 2022; 824: 136799 DOI: 10.1016/j.physletb.2021.136799