Tetranêutron: Partícula formada por quatro nêutrons pode ter sido detectada

Redação do Site Inovação Tecnológica - 23/06/2022

Esquema do aparato experimental usado para criar e detectar o tetranêutron.
[Imagem: M. Duer et al. - 10.1038/s41586-022-04827-6]

Tetranêutron

Cerca de 20 anos após o primeiro anúncio da observação experimental de um tetranêutron, sobre a qual pairavam muitas incertezas, físicos agora acreditam ter um indício mais forte de que essa elusiva partícula de fato exista.

Os núcleos atômicos são formados por prótons, que têm cargas elétricas, e nêutrons, que não as têm. Até onde sabemos, não deveriam existir núcleos feitos apenas de nêutrons.

O único lugar que as teorias nos dizem ser possível existir agrupamentos estáveis formados apenas por nêutrons são as estrelas de nêutrons, objetos muito compactos e de alta densidade, mantidas coesas pela força gravitacional. Estima-se que essas estrelas tenham apenas cerca de 10 quilômetros de diâmetro, mas as teorias sobre como os nêutrons se unem não são muito detalhadas.

Já os núcleos atômicos estáveis e comuns que encontramos na Terra são ligados pela força nuclear forte, que apresenta uma preferência por equilibrar nêutrons e prótons.

Agora, uma grande equipe internacional de físicos usou o laboratório japonês RIBF (Radioactive Ion Beam Factory), localizado no Instituto Riken, para, segundo eles, coletar "um sinal inequívoco para a primeira observação do tetranêutron".

Câmara de reação do experimento.
[Imagem: Romand Gernhauser/TU Munchen]

Partícula efêmera

Para fazer seu experimento, a professora Meytal Duer e seus colegas injetaram quatro nêutrons adicionais em átomos de hélio. Em seguida, eles fizeram esses átomos colidirem com prótons.

As medições indicam que as colisões destroçaram os átomos, deixando apenas os quatro nêutrons, que se combinaram em um tetranêutron por períodos curtíssimos (10^-22 segundo).

"Nós formamos algo como a menor estrela de nêutrons que você pode imaginar, consistindo de apenas quatro nêutrons," comparou o professor Roman Gernhauser, membro da equipe.

O estudo de átomos constituídos apenas por nêutrons é importante por ser o único meio de extrair informações experimentais sobre a interação entre vários nêutrons e, portanto, sobre a força nuclear. E também deve elucidar algo sobre as próprias estrelas de nêutrons, ainda pouco compreendidas.

Processo de criação do tetranêutron.
[Imagem: M. Duer et al. - 10.1038/s41586-022-04827-6]

Como criar um tetranêutron

O estudo experimental de sistemas de nêutrons puros é problemático porque não existem alvos de nêutrons que se possam usar nos colisores de partículas - para comparação, já conhecemos os tetraquarks há algum tempo.

Assim, para criar sistemas multinêutrons em um volume onde os nêutrons possam interagir através da força nuclear, de curto alcance (alguns femtômetros, ou 10^-15 metros), é necessário usar reações nucleares.

Ainda assim não é simples, porque a interação dos nêutrons com outras partículas envolvidas no processo de reação pode mascarar as propriedades da interação pura do nêutron.

A equipe superou esse problema disparando o núcleo alfa compacto de 8He induzido instantaneamente por um próton do alvo de hidrogênio líquido. Os quatro nêutrons restantes ficaram repentinamente livres, interagindo entre si para formar o tetranêutron, que durou os 10^-22 segundo.

Os resultados, contudo, não são totalmente conclusivos, inclusive porque os dados não coincidem com outros experimentos. Por isso a equipe está começando a trabalhar em um novo tipo de detector, que possa gravar um sinal claro quando um tetranêutron entrar nele.

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