A possível taxa de emissão de tetraneutrons estáveis ​​em partículas, um sistema de quatro nêutrons cuja existência tem sido debatida há muito tempo na comunidade científica, foi investigada por pesquisadores da Tokyo Tech. Eles analisaram a emissão de tetranêutrons da fissão térmica de ²³⁵ U irradiando uma amostra de ⁸⁸ SrCO₃ em um reator de pesquisa nuclear e analisando-o por meio de espectroscopia de raios γ.



O tetraneutron é um núcleo atômico indescritível que consiste em quatro nêutrons, cuja existência tem sido altamente debatida pelos cientistas. Isto decorre principalmente da nossa falta de conhecimento sobre sistemas que consistem apenas em nêutrons, uma vez que a maioria dos núcleos atômicos são geralmente feitos de uma combinação de prótons e nêutrons. Os cientistas acreditam que a observação experimental de um tetranêutron pode ser a chave para explorar novas propriedades dos núcleos atômicos e responder à velha questão:pode existir um sistema multinêutron com carga neutra?

Dois estudos experimentais recentes relataram a presença de tetranêutrons no estado ligado e no estado ressonante (um estado que decai com o tempo, mas vive o suficiente para ser detectado experimentalmente). No entanto, estudos teóricos indicam que os tetranêutrons não existirão num estado ligado se as interações entre os nêutrons forem governadas pelo nosso entendimento comum de forças nucleares de dois ou três corpos.

Intrigado, uma equipe de pesquisadores liderada pelo Professor Associado Hiroyuki Fujioka, do Instituto de Tecnologia de Tóquio, decidiu investigar a viabilidade da emissão de tetranêutrons ligados. Em seu estudo recente publicado na Physical Review C , a equipe explorou a possível taxa de emissão de tetranêutrons estáveis ​​​​em partículas por meio da fissão induzida por nêutrons térmicos de ²³⁵ U (Urânio-235) em um reator nuclear.

"Estamos cientes da literatura anterior que o processo de fissão térmica dominante para ²³⁵ U é a fissão binária, que leva à emissão de dois fragmentos nucleares pesados ​​juntamente com 2,4 nêutrons, em média. Mas há uma probabilidade de 0,2% de fissão ternária, na qual são emitidos fragmentos nucleares leves. Portanto, escolhemos esta rota para o nosso experimento sob a suposição de que o tetranêutron hipoteticamente ligado poderia ser uma partícula ternária na fissão do urânio", explica o Dr. Fujioka.

A equipe adotou o conhecido método instrumental de análise de ativação de nêutrons, onde um oligoelemento em uma amostra escolhida é irradiado e ativado pela captura de nêutrons térmicos. Para este estudo, ⁸⁸ SrCO₃ foi escolhida como amostra alvo e foi irradiada por duas horas a uma potência térmica de 5 MW em um reator de pesquisa nuclear. A equipe também realizou espectroscopia de raios γ para a amostra irradiada para detectar sinais correspondentes a uma possível emissão de tetranêutrons.

O ⁸⁸ Esperava-se que os núcleos Sr se convertessem em ⁹¹ Sr com um valor Q (mudança de massa entre os estados inicial e final de uma reação expressa em termos de unidades de energia) de 20 MeV menos a energia de ligação do tetranêutron. Desde ⁹¹ Sr é instável, seu decaimento radioativo seguido pela liberação de raios γ indicaria a emissão de tetranêutrons estáveis ​​em partículas.

Os resultados da espectroscopia de raios γ para o ⁸⁸ irradiado A amostra Sr, entretanto, não apresentou nenhum fotopico correspondente à formação de ⁹¹ Com base nisso, a equipe estimou que, se existirem tetranêutrons estáveis ​​em partículas, sua taxa de emissão pode ser inferior a 8 × 10 ^-7 por fissão no nível de confiança de 95%. Eles também sugeriram que melhorar a pureza das amostras e aumentar a sensibilidade da experimentação poderia ajudar na detecção de sinais sutis decorrentes de tetranêutrons.

Fujioka diz:"Nosso estudo mostrou que o método instrumental de ativação de nêutrons na radioquímica pode ser aplicado para resolver a questão em aberto na física nuclear. Melhoraremos ainda mais a sensibilidade para buscar o sistema indescritível e de carga neutra."

Embora a equipe não tenha conseguido detectar tetranêutrons ligados, seu trabalho estabeleceu uma estrutura sólida para estudos futuros sobre os esquivos tetranêutrons e outros sistemas semelhantes.

Mais informações: Hiroyuki Fujioka et al, Pesquisa por tetraneutrons estáveis ​​em partículas na fissão térmica de U235, Revisão Física C (2023). DOI:10.1103/PhysRevC.108.054004
Informações do diário: Revisão Física C

Fornecido pelo Instituto de Tecnologia de Tóquio