Conocer si pueden existir sistemas cuasi-ligados formados únicamente por neutrones conforma una de las búsquedas más continuas en el campo de la física nuclear durante las últimas seis décadas. La materia visible necesita protones y neutrones para mantener ligados los núcleos atómicos que la componen. Excepto las estrellas de neutrones, que están compuestas exclusivamente por neutrones, nunca había sido posible identificar sistemas ligados multineutrónicos.
Un nuevo trabajo publicado en Nature, en el que han participado las investigadoras españolas Dolores Cortina Gil y Beatriz Fernández Domínguez, del Instituto Gallego de Física de Altas Energías (IGFAE), 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 interacción 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 de neutrones. En estos cuerpos, los neutrones están ligados por la extrema fuerza gravitatoria que hay en el interior de la estrella, las cuales concentran una masa mayor a la del Sol en un radio de apenas 10 km. Son ultra compactas y densas.
El experimento publicado en la revista Nature ha sido realizado por una colaboración internacional en la instalación RIBF (Radioactive Ion Beam Factory) en RIKEN (Japón) y se considera uno de los resultados obtenidos en la fase previa del experimento R3B (del inglés, Reacciones con Haces Relativistas Radiactivos). “Para producir este nuevo estado de materia se ha hecho interaccionar un haz de núcleos de un isótopo exótico del helio, el helio-8, acelerado a energías relativistas (cercanas a las de la luz) contra un blanco de hidrógeno líquido”, explica Dolores Cortina Gil, 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 cuatro 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 Beatriz Fernández Domínguez, que también firma este trabajo. 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.
Congreso internacional DREB2022
El 11th International Conference on Direct Reaction with Exotic Beams (DREB2022) comenzó el pasado lunes 27 de junio en la Facultad de Ciencias de la Comunicación de la USC. Alrededor de 150 especialistas de todo el mundo se reunieron durante toda la semana para presentar las últimas investigaciones en reacciones nucleares con núcleos exóticos. Inestables y con una vida muy corta, se denominan así porque no pueden encontrarse de forma natural en la Tierra y además son difíciles de producir experimentalmente. Las nuevas infraestructuras científicas con haces de iones radiactivos, junto con el desarrollo de métodos teóricos avanzados y simulaciones informáticas de alto rendimiento, son algunas de las cuestiones claves que se abordaron en este foro.
Referencia
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
