Pesquisadores da Iowa State University ajudaram a demonstrar a existência de uma estrutura subatômica antes considerada improvável.

James Vary, um professor de física e astronomia, e Andrey Shirokov, um cientista visitante, junto com uma equipe internacional, usaram simulações de supercomputador sofisticadas para mostrar a existência quase estável de um tetraneutron, uma estrutura composta por quatro nêutrons (partículas subatômicas sem carga).

A nova descoberta foi publicada em Cartas de revisão física , uma publicação da American Physical Society, em 28 de outubro.

Por conta deles, nêutrons são muito instáveis ​​e se converterão em prótons - partículas subatômicas carregadas positivamente - após dez minutos. Grupos de dois ou três nêutrons não formam uma estrutura estável, mas as novas simulações nesta pesquisa demonstram que quatro nêutrons juntos podem formar uma ressonância, uma estrutura estável por um período de tempo antes de se deteriorar.

Para o tetraneutron, este tempo de vida é de apenas 5 × 10 ^ (- 22) segundos (uma pequena fração de um bilionésimo de nanossegundo). Embora este tempo pareça muito curto, é longo o suficiente para estudar, e fornece um novo caminho para explorar as forças fortes entre os nêutrons.

"Isso abre toda uma nova linha de pesquisa, "Vary disse." Estudar o tetraneutron nos ajudará a entender as forças interneutron, incluindo características anteriormente inexploradas dos sistemas instáveis ​​de dois nêutrons e três nêutrons. "

As simulações avançadas que demonstram o tetraneutron corroboram a primeira evidência observacional do tetraneutron no início deste ano em um experimento realizado na RIKEN Radioactive Ion Beam Factory (RIBF), em Saitama, Japão. A estrutura do tetraneutron foi procurada por 40 anos, com poucas evidências que apoiassem sua existência, até agora. As propriedades previstas pelos cálculos nas simulações foram consistentes com as propriedades observadas no experimento no Japão.

A pesquisa no Japão usou um feixe de Hélio-8, Hélio com 4 nêutrons extras, colidindo com um átomo regular de Hélio-4. A colisão divide o Hélio-8 em outro Hélio-4 e um tetraneutron em seu breve estado de ressonância, antes disso, também, se separa, formando quatro nêutrons solitários.

“Sabemos que experimentos adicionais com instalações de última geração estão sendo preparados com o objetivo de obter características precisas do tetraneutron, "Vary disse." Estamos fornecendo nossas previsões de última geração para ajudar a guiar esses experimentos. "

A existência do tetraneutron, uma vez confirmado e refinado, irá adicionar uma nova entrada e lacuna interessante ao gráfico de nuclídeos, um gráfico que representa todos os núcleos conhecidos e seus isótopos, ou núcleos com um número diferente de nêutrons. Semelhante à tabela periódica, que organiza o comportamento químico dos elementos, o gráfico de nuclídeos representa o comportamento radioativo dos elementos e seus isótopos. Enquanto a maioria dos núcleos adiciona ou subtrai nêutrons um de cada vez, esta pesquisa mostra que o próprio nêutron terá uma lacuna entre um único nêutron e um tetraneutron.

A única outra estrutura de nêutrons conhecida é uma estrela de nêutrons, estrelas pequenas, mas densas, consideradas quase inteiramente compostas por nêutrons. Essas estrelas podem ter apenas cerca de 11 quilômetros de raio, mas têm uma massa semelhante à do nosso sol. Estrelas de nêutrons têm nêutrons da ordem de 10 ^ 57. Pesquisas futuras podem explorar se há outros números de nêutrons que formam uma ressonância estável ao longo do caminho para atingir o tamanho de uma estrela de nêutrons.