Los investigadores de la Universidad Estatal de Iowa han ayudado a demostrar la existencia de una estructura subatómica que alguna vez se pensó que era poco probable que existiera.

James Vary, profesor de física y astronomía, y Andrey Shirokov, un científico visitante, junto con un equipo internacional, usó sofisticadas simulaciones de supercomputadoras para mostrar la existencia cuasi-estable de un tetraneutrón, una estructura compuesta por cuatro neutrones (partículas subatómicas sin carga).

El nuevo hallazgo fue publicado en Cartas de revisión física , una publicación de la American Physical Society, el 28 de octubre.

En su propia, los neutrones son muy inestables y se convertirán en protones (partículas subatómicas cargadas positivamente) después de diez minutos. Los grupos de dos o tres neutrones no forman una estructura estable, pero las nuevas simulaciones de esta investigación demuestran que cuatro neutrones juntos pueden formar una resonancia, una estructura estable durante un período de tiempo antes de descomponerse.

Para el tetraneutrón, esta vida útil es de solo 5 × 10 ^ (- 22) segundos (una pequeña fracción de una milmillonésima parte de un nanosegundo). Aunque este tiempo parece muy corto, es suficiente para estudiar, y proporciona una nueva vía para explorar las fuertes fuerzas entre neutrones.

"Esto abre una nueva línea de investigación, "El estudio del tetraneutrón nos ayudará a comprender las fuerzas interneutrónicas, incluidas las características previamente inexploradas de los sistemas inestables de dos y tres neutrones", dijo Vary.

Las simulaciones avanzadas que demuestran el tetraneutrón corroboran la primera evidencia observacional del tetraneutrón a principios de este año en un experimento realizado en la Fábrica de Rayos de Iones Radiactivos de RIKEN (RIBF), en Saitama, Japón. La estructura del tetraneutrón se ha buscado durante 40 años con poca evidencia que respalde su existencia, hasta ahora. Las propiedades predichas por los cálculos en las simulaciones fueron consistentes con las propiedades observadas del experimento en Japón.

La investigación en Japón utilizó un haz de helio-8, Helio con 4 neutrones extra, chocando con un átomo regular de Helio-4. La colisión rompe el Helio-8 en otro Helio-4 y un tetraneutrón en su breve estado de resonancia, antes de eso, también, se rompe, formando cuatro neutrones solitarios.

"Sabemos que se están preparando experimentos adicionales con instalaciones de última generación con el objetivo de obtener características precisas del tetraneutrón, ", Dijo Vary." Estamos proporcionando nuestras predicciones de vanguardia para ayudar a guiar estos experimentos ".

La existencia del tetraneutrón, una vez confirmado y refinado, agregará una nueva entrada interesante y una brecha al gráfico de núclidos, un gráfico que representa todos los núcleos conocidos y sus isótopos, o núcleos con un número diferente de neutrones. Similar a la tabla periódica, que organiza el comportamiento químico de los elementos, el gráfico de nucleidos representa el comportamiento radiactivo de los elementos y sus isótopos. Si bien la mayoría de los núcleos suman o restan neutrones uno a la vez, esta investigación muestra que un neutrón en sí mismo tendrá una brecha entre un solo neutrón y un tetraneutrón.

La única otra estructura de neutrones conocida es una estrella de neutrones, estrellas pequeñas pero densas que se cree que están formadas casi en su totalidad por neutrones. Estas estrellas pueden tener solo unas siete millas de radio, pero tienen una masa similar a la de nuestro sol. Las estrellas de neutrones tienen neutrones del orden de 10 ^ 57. La investigación adicional puede explorar si hay otros números de neutrones que forman una resonancia estable a lo largo del camino para alcanzar el tamaño de una estrella de neutrones.