Las investigadoras del Instituto Galego de Física de Altas Enerxías (Igfae) Dolores Cortina Gil y Beatriz Fernández Domínguez han participado en el descubrimiento del tetraneutrón, un nuevo estado exótico de la materia formado solo por cuatro neutrones. El hallazgo lo publica la prestigiosa revista científica Nature.

Una de las búsquedas continuas desde hace seis décadas en física nuclear consiste en saber si pueden existir sistemas casi-ligados formados únicamente por neutrones. Para mantener un núcleo ligado, la materia visible necesita de protones y neutrones. Con la excepción de las estrellas de neutrones, que están compuestas exclusivamente por neutrones, nunca había sido posible identificar sistemas ligados multineutrónicos. Los resultados se presentaron en primicia en el congreso internacional DREB 2022 organizado por el Igfae, centro mixto de la Universidade de Santiago de Compostela (USC) y la Xunta.

Este descubrimiento es clave para entender cómo funciona la fuerza nuclear que permite a los nucleones (protones y neutrones) mantenerse unidos en el interior del núcleo atómico, y para entender la estructura y composición de las estrellas de neutrones. En estos cuerpos, los neutrones están ligados por la extrema fuerza gravitatoria de su interior: concentran una masa un poco mayor a la del Sol en un radio de apenas 10 kilómetros. Son ultra compactos y densos.

El experimento lo realizó una colaboración internacional en la instalación RIBF (Radioactive Ion Beam Factory) en el centro Riken de Japón y se considera uno de los resultados de la fase previa del experimento R3B (Reacciones con Manojos Relativistas Radiactivos). “Para producir este nuevo estado de materia se hizo interaccionar un manojo de núcleos de un isótopo exótico del helio, el helio-8, acelerado a energías relativistas —la velocidades próximas a las de la luz— contra un blanco de hidrógeno líquido”, explica Dolores Cortina, catedrática de la USC y coordinadora del experimento R3B. “Tras la reacción, el núcleo de helio-8 se fragmenta en una partícula alfa y cuatro neutrones. A partir diera momento a fuerza nuclear permite la interacción entre estos neutrones, dando lugar a este estado denominado tetraneutrón y que ahora caracterizamos midiendo con mucha precisión a partícula alfa arrancada”, añade.

“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”, agrega la investigadora del Igfae Beatriz Fernández. Cuando esté finalizada 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.