Cálculos teóricos previram o agora confirmado tetranêutron, um estranho estado da matéria

James Farey estava esperando por experimentos de física nuclear para confirmar a realidade do “tetranêutron” que ele e seus colegas teorizaram, previram e relataram pela primeira vez durante uma apresentação no verão de 2014, seguida por um trabalho de pesquisa no outono de 2016.

“Quando apresentamos uma teoria, sempre temos que dizer que estamos esperando uma confirmação experimental”, disse Fary, professor de física e astronomia da Iowa State University.

Se quatro (muito, muito) nêutrons são ligados por um breve período em um estado quântico temporário ou econaquele dia para Vary e uma equipe internacional de teóricos está agora no local.

A recém-anunciada descoberta experimental de um quadrotron por um grupo internacional liderado por pesquisadores da Universidade Técnica de Darmstadt, na Alemanha, abre as portas para novas pesquisas e pode levar a uma melhor compreensão de como o universo é mantido unido. Esse novo e exótico estado da matéria também pode ter propriedades úteis em tecnologias atuais ou emergentes.

Os nêutrons, você deve se lembrar da aula de ciências, são partículas subatômicas Sem carga, ele se combina com os prótons carregados positivamente para formar o núcleo de um átomo. Os nêutrons individuais não são estáveis ​​e depois de alguns minutos eles se transformam em prótons. As combinações de nêutrons duplos e triplos também não formam o que os físicos chamam de ressonância, um estado da matéria temporariamente estável antes de decair.

Digite o tetraotrão. Usando o poder da supercomputação no Lawrence Berkeley National Laboratory, na Califórnia, os teóricos estimaram que quatro nêutrons podem formar um estado de zumbido com uma vida útil de apenas 3 x 10^-22 Segundos, menos de um bilionésimo de bilionésimo de segundo. É difícil de acreditar, mas é tempo suficiente para os físicos estudá-lo.

Os teóricos calculam que o tetratron deve ter uma energia de cerca de 0,8 milhão de elétron-volts (uma unidade de medida comum em física nuclear e alta energia – a luz visível tem energias de cerca de 2 a 3 elétron-volts). mostrando que o tetratron Seria cerca de 1,4 milhão de elétron-volts. Os teóricos publicaram estudos subsequentes que indicavam que a energia provavelmente estaria entre 0,7 e 1,0 MeV, enquanto a largura estaria entre 1,1 e 1,7 MeV. Essa sensibilidade surgiu da adoção de dois diferentes candidatos disponíveis para a interação entre nêutrons.

Um artigo recém publicado na revista temperar a natureza Relatórios indicam que experimentos realizados na Fábrica de Radiação de Radioisótopos no Instituto de Pesquisa RIKEN em Wako, Japão, descobriram que a energia e a largura do tetratron são de cerca de 2,4 e 1,8 milhões de elétron-volts, respectivamente. Ambos são maiores do que os resultados da teoria, mas Fary disse que a incerteza nos resultados teóricos e experimentais atuais pode cobrir essas diferenças.

“A vida do tetratron é curta, é um choque muito grande para o mundo da física nuclear que suas propriedades possam ser medidas antes que ele se desfaça”, disse Fary. “É um sistema muito estranho.”

É, de fato, “completamente novo Estado da matéria“Não durou muito”, disse ele, “mas aponta as possibilidades. O que acontece se você colocar dois ou três desses juntos? Você pode ter mais estabilidade?”

Os experimentos para encontrar o tetratron começaram em 2002, quando a estrutura foi proposta em certas reações envolvendo um dos elementos, um metal chamado berílio. Uma equipe do RIKEN encontrou indícios de tetratron em resultados experimentais publicados em 2016.

“O tetratron se juntará ao nêutron como apenas o segundo elemento no gráfico nuclear”, escreveu Fary no resumo do projeto. Isso “fornece uma nova plataforma valiosa para teorias de interações fortes entre nêutrons”.

Mittal Doer do Instituto de Física Nuclear da Universidade Técnica de Darmstadt é o autor correspondente de temperar a natureza Um artigo intitulado “Observando um sistema de tetranêutrons de ligação livre” e anunciando a confirmação experimental de um tetranêutron. Os resultados do experimento são uma indicação estatística de cinco sigma, indicando uma descoberta definitiva com uma probabilidade de 1 em 3,5 milhões de que o resultado é uma anomalia estatística.

A previsão teórica foi publicada em 28 de outubro de 2016 em Cartas de Revisão FísicaIntitulado “Previsão da Ressonância Tetraneutron”. Andrei Shirokov, do Instituto Skoplitsyn de Física Nuclear da Universidade Estadual de Moscou, na Rússia, que foi cientista visitante em Iowa, é o primeiro autor. Fary é um dos autores correspondentes.

“Podemos criar uma pequena estrela de nêutrons na Terra?” Diferem intitulado Resumo do Projeto Tetraneutron. Uma estrela de nêutrons é o que sobra quando uma estrela massiva fica sem combustível e colapsa em uma estrutura de nêutrons superdensa. Um tetratron também é uma estrutura de nêutrons, uma variante brincando sendo “uma estrela de nêutrons de vida curta e muito leve”.

A reação pessoal varia? “Eu praticamente desisti de experimentar”, disse ele. “Não ouvi nada sobre isso durante a pandemia. Isso foi um grande choque. Oh meu Deus, aqui estamos, talvez já tenhamos algo novo.”