Tetraneutrón

Un tetraneutrón es un grupo estable hipotético de cuatro neutrones. La existencia de este grupo de partículas no está respaldada por los modelos actuales de fuerzas nucleares. Existe alguna evidencia empírica que sugiere que esta partícula existe, basada en un experimento de 2001 realizado por Francisco-Miguel Marqués y sus compañeros de trabajo en el acelerador Ganil en Caen utilizando un método de detección novedoso en las observaciones de la desintegración de los núcleos de berilio y litio. Sin embargo, los intentos posteriores de replicar esta observación han fallado.

El trabajo adicional en 2019 sugiere consecuencias potencialmente observables en las cortezas de estrellas de neutrones, si existe el tetraneutrón.

Como se detalla al final de este artículo, las observaciones posteriores de diferentes experimentos con haces de iones son consistentes con cuatro estados de neutrones de corta duración con cierta unión.

Marqués' experimentar

Al igual que con muchos experimentos con aceleradores de partículas, Marques' equipo disparó núcleos atómicos a objetivos de carbono y observó el "spray" de partículas de las colisiones resultantes. En este caso, el experimento implicó disparar núcleos de berilio-14, boro-15 y litio-11 a un pequeño objetivo de carbono, siendo el berilio-14 el más exitoso. Este isótopo de berilio tiene un halo nuclear que consta de cuatro neutrones agrupados; esto permite que se separe fácilmente intacto en la colisión a alta velocidad con el objetivo de carbono. Los modelos nucleares actuales sugieren que deberían resultar cuatro neutrones separados cuando se produce berilio-10, pero la única señal detectada en la producción de berilio-10 sugirió un grupo de múltiples neutrones en los productos de ruptura; lo más probable es que un núcleo de berilio-10 y cuatro neutrones se fusionen en un tetraneutrón.

Desde Marqués' experimentar

Un análisis posterior del método utilizado en el Marqués' El experimento sugirió que el mecanismo de detección era poco probable, pero la sugerencia fue refutada, y los intentos de reproducir estas observaciones con diferentes métodos no han detectado con éxito ningún grupo de neutrones. Sin embargo, si alguna vez se confirmara de forma independiente la existencia de tetraneutrones estables, habría que hacer ajustes considerables a los modelos nucleares actuales. Bertulani y Zelevinsky propusieron que, si existiera, el tetraneutrón podría estar formado por un estado ligado de dos sistemas de dineutrones. Sin embargo, los intentos de modelar las interacciones que podrían dar lugar a cúmulos de múltiples neutrones han fallado, y no parece posible cambiar los hamiltonianos nucleares modernos para unir un tetraneutrón sin destruir muchas otras predicciones exitosas de esos hamiltonianos. Esto significa que, si se confirma una afirmación experimental reciente de un tetraneutrón unido, nuestra comprensión de las fuerzas nucleares tendrá que cambiar significativamente.

En 2016, los investigadores de RIKEN en Wakō, Japón, observaron evidencia de que el tetraneutrón existe brevemente como una resonancia. Dispararon un haz de núcleos de helio-8 ricos en neutrones (dos protones y seis neutrones) a un objetivo líquido compuesto de helio-4 (dos protones y dos neutrones). Ocasionalmente, la reacción produjo núcleos de berilio-8 con cuatro protones y cuatro neutrones, dejando cuatro neutrones sin contabilizar. Si se produjo un núcleo de cuatro neutrones, duró aproximadamente 10⁻²¹ segundos antes de descomponerse en otras partículas.

En 2021, por otro lado, un equipo de la Universidad Técnica de Múnich bombardeó un objetivo de litio-7 con litio-7 y encontró evidencia preliminar de un estado ligado de cuatro neutrones, con una vida útil estimada de varios minutos, similar a la de un neutrón libre.

Un experimento de 2022, nuevamente en RIKEN, envió un haz de helio-8 a un objetivo rico en protones, lo que provocó la expulsión de una partícula α en la dirección opuesta y dejó cuatro neutrones en el marco móvil. La energía faltante del protón detectado y la partícula α se utilizó para obtener una firma del sistema de cuatro neutrones con un pico que se interpreta como consistente con una resonancia de 2,37 MeV y un ancho de 1,75 MeV, correspondiente a una vida útil de aproximadamente < span class="nowrap">3.8×10⁻²² s.