Cálculos teóricos han predicho el ahora confirmado tetraneutrón, un extraño estado de la materia

James Farey estaba esperando experimentos de física nuclear para confirmar la realidad del «tetraneutrón» que él y sus colegas teorizaron, predijeron y anunciaron durante una presentación en el verano de 2014, seguida de un trabajo de investigación en el otoño de 2016.

“Cuando presentamos una teoría, siempre tenemos que decir que estamos esperando una confirmación experimental”, dijo Fary, profesor de física y astronomía en la Universidad Estatal de Iowa.

Si cuatro (muy, muy) neutrones se unen durante un breve período en un estado cuántico temporal o ecoese día para Vary y ahora existe un equipo internacional de teóricos.

El descubrimiento experimental recién anunciado de un cuadrotrón por parte de un grupo internacional dirigido por investigadores de la Universidad Técnica de Darmstadt en Alemania abre las puertas a nuevas investigaciones y podría conducir a una mejor comprensión de cómo se mantiene unido el universo. Este nuevo y exótico estado de la materia también podría tener propiedades útiles en las tecnologías actuales o emergentes.

Los neutrones, tal vez recuerdes de la clase de ciencias, son partículas subatómicas Sin carga, se combina con los protones cargados positivamente para formar el núcleo de un átomo. Los neutrones individuales no son estables y después de unos minutos se convierten en protones. Las combinaciones de neutrones dobles y triples tampoco forman lo que los físicos llaman resonancia, un estado de la materia temporalmente estable antes de que se desintegre.

Entra el tetraotrón. Usando el poder de la supercomputación en el Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley en California, los teóricos han estimado que cuatro neutrones pueden formar un estado de zumbido con una vida útil de solo 3 x 10^-22 Segundos, menos de una billonésima de una billonésima de segundo. Es difícil de creer, pero eso es suficiente tiempo para que los físicos lo estudien.

Los teóricos calculan que el tetratrón debería tener una energía de alrededor de 0,8 millones de electronvoltios (una unidad de medida común en física nuclear y alta energía; la luz visible tiene energías de alrededor de 2 a 3 electronvoltios). Los cálculos también indicaron el ancho del pico de energía esquemático. mostrando que el tetratrón sería de unos 1,4 millones de electronvoltios. Los teóricos publicaron estudios posteriores que indicaban que la energía probablemente estaría entre 0,7 y 1,0 MeV, mientras que el ancho estaría entre 1,1 y 1,7 MeV. Esta sensibilidad surgió de la adopción de dos candidatos diferentes disponibles para la interacción entre neutrones.

Un artículo recién publicado en la revista templar la naturaleza Los informes indican que los experimentos realizados en la Fábrica de Radiación de Radioisótopos en el Instituto de Investigación RIKEN en Wako, Japón, encontraron que la energía y el ancho del tetratrón son de aproximadamente 2,4 y 1,8 millones de electronvoltios, respectivamente. Ambos son mayores que los resultados teóricos, pero Fary dijo que la incertidumbre en los resultados teóricos y experimentales actuales podría cubrir estas diferencias.

«La vida del tetratrón es corta, es un shock demasiado grande para el mundo de la física nuclear que sus propiedades puedan medirse antes de que se descomponga», dijo Fary. «Es un sistema muy extraño».

Es, de hecho, “completamente nuevo Estado de la materia«No duró mucho», dijo, «pero señala las posibilidades. ¿Qué sucede si pones dos o tres de esos juntos? ¿Puedes tener más estabilidad?»

Los experimentos para encontrar el tetratrón comenzaron en 2002 cuando se propuso la estructura en ciertas reacciones que involucraban a uno de los elementos, un metal llamado berilio. Un equipo de RIKEN encontró indicios de tetratrón en los resultados experimentales publicados en 2016.

«El tetratrón se unirá al neutrón como solo el segundo elemento en el gráfico nuclear», escribió Fary en el resumen del proyecto. Esto «proporciona una nueva plataforma valiosa para las teorías de interacciones fuertes entre neutrones».

Mittal Doer del Instituto de Física Nuclear de la Universidad Técnica de Darmstadt es el autor correspondiente de templar la naturaleza Un artículo titulado «Observación de un sistema de tetraneutrones enlazado libre» y que anuncia la confirmación experimental de un tetraneutrón. Los resultados del experimento son una indicación estadística de cinco sigma, que indica un hallazgo definitivo con una probabilidad de 1 en 3,5 millones de que el resultado sea una anomalía estadística.

La predicción teórica se publicó el 28 de octubre de 2016 en Cartas de revisión físicaTitulado «Predicción de la Resonancia de Tetraneutrones». Andrei Shirokov del Instituto Skoplitsyn de Física Nuclear de la Universidad Estatal de Moscú en Rusia, quien fue científico visitante en Iowa, es el primer autor. Fary es uno de los autores correspondientes.

«¿Podemos crear una pequeña estrella de neutrones en la Tierra?» Difiere titulado Resumen del Proyecto Tetraneutron. Una estrella de neutrones es lo que queda cuando una estrella masiva se queda sin combustible y colapsa en una estructura de neutrones súper densa. Un tetratrón es también una estructura de neutrones, una variante en broma es «una estrella de neutrones muy ligera y de corta duración».

¿La reacción personal varía? «Casi me he dado por vencido con la experimentación», dijo. «No he oído nada sobre esto durante la pandemia. Fue un gran shock. Oh, Dios mío, aquí estamos, es posible que ya tengamos algo nuevo».