Las científicas Dolores Cortina y Beatriz Fernández firman la primera observación de una materia hecha solo de neutrones
12 jul 2022 . Actualizado a las 08:58 h.La materia de la que está hecha la naturaleza está formada por átomos que se interactúan entre sí por medio de las cuatros fuerzas fundamentales: la electromagnética, la gravedad, la fuerza nuclear fuerte y la nuclear débil. Por ejemplo, la fuerza electromagnética afecta a los cuerpos eléctricamente cargados y está involucrada en las transformaciones físicas y químicas de átomos y moléculas. La gravitatoria es una fuerza de atracción que un cuerpo de materia ejerce sobre otro.
En el interior hay protones y neutrones empaquetados en su núcleo y fuera electrones orbitando alrededor del centro. Otra de las cuatro fuerzas que existen en el universo, la nuclear fuerte, se encarga de mantener unidos a los protones y electrones. Puede verse como el cemento que mantiene unidos los ladrillos. Sin ellos, no habría estructura y los cimientos se vendrían abajo.
Siempre que hay un núcleo atómico se observa un protón y un neutrón. Sin embargo, un experimento científico en el que han participado dos investigadoras gallegas del Instituto Galego de Física de Altas Enerxías (IGFAE) de la Universidad de Santiago acaba de descubrir algo sorprendente. Un estado completamente desconocido de la materia en el que en el núcleo atómico no hay protones, sino únicamente neutrones, cuatro en concreto. De ahí que se reciba el nombre de tetraneutrón.
Estrellas de neutrones
«Sabíamos que no cosmos existen as estrelas de neutróns que teñen unha concentración moi elevada desta partícula subatómica, pero están unidas pola interacción gravitatoria. Neste caso, sen embargo, estamos a falar de que é a forza nuclear forte a que mantén xuntos os protóns», explica Beatriz Fernández, investigadora del IGFAE y una de las autores que firmen el hallazgo en un artículo publicado en la revista Nature. «Agora temos que tratar de explicar como é posible esta evidencia experimental», añade.
Tan increíble cómo tratar de descubrir un nuevo estado de la materia es el experimento científico que ha permitido reproducirlo. El experimento lo realizó una colaboración internacional en la instalación RIBF (Radioactive Ion Beam Factory) en RIKEN (Japón). «O que vemos realmente é unha medida indirecta. Non vemos os catro neutróns xuntos nun volume pequeno. O que pasou realmente é o que chamamos o principio da balanza. Nun platillo poñemos o que entra e noutro o que sae. Do que sae facemos medicións e se nos falta algo asinámoslles a eses catro neutróns. No futuro a idea e poder detectar a eses catro neutróns xuntos de xeito directo», sostiene Fernández.
«Una vez se finalice 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», confirma Dolores Cortina, otra de la investigadoras gallegas que han participado en este hito.
Detrás de cada prueba experimental siempre hay una teoría. De eso trata a menudo la ciencia, de testar hipótesis. En este sentido, el descubrimiento confirma una teoría que había predicho la existencia de este estado hace más de seis décadas.
«A lo largo de sesenta años de búsqueda se han realizado muchos experimentos, pero muy pocos han tenido éxito. Ha sido durante la última década cuando algunos han podido detectar algunas señales, aunque con una estadística muy pequeña, del orden de entre tres y diez partículas compatibles. Nosotros hemos observado 500 sucesos compatibles con este estado de la materia en el que sistema nuclear está formado por un tetraneutrón», apunta Cortina.
Este descubrimiento será clave para entender cómo funciona la fuerza nuclear que permite a los protones y neutrones mantenerse unidos en el interior del núcleo atómico. También es fundamental para entender la estructura y composición de las estrellas neutrones, que concentran una masa un poco mayor a la del Sol en un radio de apenas diez kilómetros. Son fenómenos ultra compactos y densos.
«Ahora mismo nosotras ya estamos pensando en el paso siguiente que será algo muy importante para el equipo de investigadores de Santiago porque esa futura detección directa necesitará no solo de instalaciones potentes y experimentos sino de personal científico para poder llevarlo a cabo», concluye Cortina.