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Detectan en laboratorio una partícula que es como una estrella de neutrones en miniatura

Detectan en laboratorio una partícula que es como una estrella de neutrones en miniatura

Una partícula que no debería existir ha sido detectada en laboratorio: llamada tetraneutrón, es como una estrella de neutrones en miniatura. Los físicos la llevaban buscando desde hace medio siglo.

Investigadores de la Universidad Técnica de Munich (TUM) aseguran haber detectado en laboratorio una partícula considerada imposible, llamada tetraneutrón, que los físicos llevan buscando desde hace medio siglo y que sería como una estrella de neutrones en miniatura.

Junto con los protones cargados positivamente, los neutrones forman los bloques de construcción básicos de toda la materia: el núcleo atómico, la parte central de cada átomo, está formado por ellos.

Todos los núcleos atómicos, excepto el del hidrógeno, están compuestos de protones y neutrones, que se mantienen unidos entre sí por la poderosa fuerza nuclear.

Aunque están convencidos de que no hay sistemas en el universo hechos solo de protones, los físicos nucleares han sospechado durante mucho tiempo que, sin embargo, puede haber partículas formadas solo por neutrones.

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Interacción nuclear fuerte

La cuestión es que, si el tetraneutrón existiera, habría que repensar partes de la teoría de la interacción nuclear fuerte, explican los investigadores en un comunicado.

La interacción nuclear fuerte es una de las cuatro fuerzas fundamentales que el Modelo Estándar de la física de partículas establece para explicar las fuerzas presentes en la dinámica de las partículas elementales.

Esta interacción fuerte es la responsable de mantener unidos a protones y neutrones que coexisten en el núcleo atómico. Y según la física actual, el tetraneutrón no podría existir porque la fuerza que mantiene unidas a las partículas no podría sostener la unión de neutrones por sí solos.

El problema que tienen los físicos es que el tetraneutrón no uniría a dos, sino a cuatro neutrones, algo inconcebible. Y que, de hecho, ya hay indicios de su existencia derivados de experimentos anteriores.

Antecedentes prometedores

Hace 20 años, un grupo de investigación francés obtuvo evidencia de una partícula formada por cuatro neutrones cuando bombardeó carbono con núcleos de berilio-14, pero no pudo probar que estos neutrones están conectados entre sí.

Trabajos posteriores de otros grupos mostraron que la metodología utilizada por el equipo francés 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.

Una pequeña pausa que duró solo diez billonésimas de segundo en los datos de medición indicó que podrían haberse liberado cuatro neutrones unidos, en lugar de neutrones individuales.

Tomados en conjunto, estos experimentos corroboraron la suposición de que el tetraneutrón realmente existe. Sin embargo, los investigadores concluyeron que el tetraneutrón no estaba unido lo suficiente y que se descomponía rápidamente en cuatro neutrones.

Más lejos

La nueva investigación ha llegado más lejos: en sus experimentos, Thomas Faestermann y su equipo dispararon un rayo de núcleos atómicos de litio altamente acelerados a un objetivo hecho de óxido de litio y carbono.

Lo más destacado: en ambos casos, los núcleos atómicos de litio fueron el isótopo litio-7, que consta de tres protones y cuatro neutrones.

«El litio-7 es el núcleo atómico estable más cercano al tetraneutrón», explican los investigadores. Para producir una partícula formada por cuatro neutrones, solo deben extraerse tres protones del litio-7.

Si existiera el tetraneutrón, tendrían que producirse tanto isótopos de carbono-10 como tetraneutrones cuando se bombardeara el objetivo.

Resultados satisfactorios

Los resultados de la medición del equipo coincidieron con la firma que se esperaría del carbono-10 en su primer estado excitado y de un tetraneutrón unido por 0,42 megaelectronvoltios (MeV).

Según las mediciones, el tetraneutrón sería aproximadamente tan estable como el propio neutrón. Luego se desintegraría 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 Faestermann.

Con estas 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 esperan una confirmación independiente, lo que permitiría comprender mejor las propiedades de las estrellas de neutrones, todavía rodeadas de misterio.

Referencia

Indications for a bound tetraneutron. Thomas Faestermann et al. Physics Letters B, Volume 824, 10 January 2022, 136799. DOI:https://doi.org/10.1016/j.physletb.2021.136799

Imagen superior: creación artística de una estrella de neutrones con un campo magnético extremadamente poderoso. Crédito: ESO / L. Calçada

Eduardo Martínez de la Fe

Eduardo Martínez de la Fe, periodista científico, es el Editor de Tendencias21.

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