Descoberta Experimental de um Tetranêutron - Um Estado Exótico da Matéria

 Concepção artística de um tetranêutron

Os cientistas anunciaram a descoberta experimental de um tetranêutron, um novo e exótico estado da matéria que também pode ter propriedades úteis em tecnologias existentes ou emergentes. O físico teórico James Vary tem esperado por experimentos de física nuclear para confirmar a realidade de um “tetranêutron” que ele e seus colegas teorizaram, previram e anunciaram pela primeira vez durante uma apresentação no verão de 2014, seguida por um trabalho de pesquisa no outono de 2014. 2016. 

“Sempre que apresentamos uma teoria, sempre temos que dizer que estamos esperando uma confirmação experimental”, disse Vary, professor de física e astronomia da Iowa State University. No caso de quatro nêutrons (muito, muito) brevemente unidos em um estado quântico temporário ou ressonância, esse dia para Vary e uma equipe internacional de físicos está agora aqui. 

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

Primeiro, que tal uma definição 

Os nêutrons, você provavelmente se lembra da aula de ciências, são partículas subatômicas sem carga que se combinam com prótons carregados positivamente para formar o núcleo de um átomo. Bem, os nêutrons individuais não são estáveis e depois de alguns minutos se convertem em prótons. Combinações de nêutrons duplos e triplos também não formam o que os físicos chamam de ressonância, um estado da matéria que é temporariamente estável antes de decair. 

Digite o tetranêutron 

Este gráfico mostra medições experimentais e previsões teóricas para a energia e largura do tetranêutron, propriedades essenciais desse estado exótico da matéria. As medições estão em milhões de elétron-volts, uma unidade de medida comum em alta energia e física nuclear. Os resultados experimentais mais recentes são os segundos da esquerda e rotulados como 2022. As previsões teóricas do grupo de pesquisa que inclui James Vary, do estado de Iowa, são as quatro colunas rotuladas “NCSM” e representam resultados de diferentes interações inter-nêutrons realistas. Esses resultados foram publicados em 2016 e 2018. As previsões teóricas rotuladas como “GSM” foram publicadas em 2019 por um grupo com sede na China. Eles usam um método diferente que complementa o método NCSM. Os detalhes da publicação também estão listados. Crédito: James Vary/Iowa State University

Usando o poder de supercomputação do Lawrence Berkeley National Laboratory, na Califórnia, os teóricos calcularam que quatro nêutrons poderiam formar um estado ressonante com uma vida útil de apenas 3×10-22 segundos, menos de um bilionésimo de um bilionésimo de segundo. É difícil de acreditar, mas é tempo suficiente para os físicos estudarem.

Um detalhe ou dois 

Os cálculos dos teóricos dizem que o tetranêutron deve ter uma energia de cerca de 0,8 milhão de elétron-volts (uma unidade de medida comum em alta energia e física nuclear – a luz visível tem energias de cerca de 2 a 3 elétron-volts). do pico de energia plotado mostrando um tetranêutron seria de 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 milhão de elétron-volts, enquanto a largura estaria entre 1,1 e 1,7 milhão de elétron-volts. Essa sensibilidade surgiu da adoção de diferentes candidatos disponíveis para a interação entre os nêutrons. 

Um artigo recém-publicado na revista Nature relata que experimentos na Fábrica de Feixes de Isótopos Radioativos no instituto de pesquisa RIKEN em Wako, no Japão, descobriram que a energia e a largura dos tetranêutrons eram de cerca de 2,4 e 1,8 milhões de elétron-volts, respectivamente. Ambos são maiores do que os resultados da teoria, mas Vary disse que as incertezas nos resultados teóricos e experimentais atuais podem cobrir essas diferenças. 

Por que é um grande negócio 

“Um tetranêutron tem uma vida tão curta que é um choque muito grande para o mundo da física nuclear que suas propriedades possam ser medidas antes que ele se desfaça”, disse Vary. “É um sistema muito exótico.” 

É, de fato, “um estado totalmente novo da matéria”, disse ele. “É de curta duração, mas aponta para possibilidades. O que acontece se você colocar dois ou três desses juntos? Você poderia obter mais estabilidade?” 

Os experimentos para encontrar um tetranêutron 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 um tetranêutron em resultados experimentais publicados em 2016. 

“O tetranêutron se juntará ao nêutron como apenas o segundo elemento sem carga do gráfico nuclear”, escreveu Vary em um resumo do projeto. Isso “fornece uma nova plataforma valiosa para teorias das fortes interações entre nêutrons”. 

Os papéis, por favor 

Meytal Duer, do Instituto de Física Nuclear da Universidade Técnica de Darmstadt, é o autor correspondente do artigo da Nature – “Observação de um sistema de quatro nêutrons livre correlacionado” – anunciando a confirmação experimental de um tetranêutron. Os resultados do experimento são considerados um sinal estatístico de cinco sigma, denotando uma descoberta definitiva com uma chance em 3,5 milhões de a descoberta ser uma anomalia estatística. 

A previsão teórica foi publicada em 28 de outubro de 2016 na revista Physical Review Letters (Prediction for a Four-Neutron Resonance). Andrey Shirokov, do Instituto Skobeltsyn de Física Nuclear da Universidade Estadual de Moscou, na Rússia, que foi cientista visitante no Estado de Iowa, é o primeiro autor. Vary é um dos autores correspondentes. Subsídios do Departamento de Energia dos EUA, do Centro Nacional de Computação Científica de Pesquisa em Energia, do Programa de Intercâmbio de Teoria Nuclear da Alemanha e dos EUA e da Fundação de Ciência Russa apoiaram o trabalho teórico. 

Escrito com um sorriso 

“Podemos criar uma pequena estrela de nêutrons na Terra?” Vary intitulou um resumo do projeto tetranêutron. Uma estrela de nêutrons é o que resta quando uma estrela massiva fica sem combustível e colapsa em uma estrutura de nêutrons superdensa. O tetranêutron também é uma estrutura de nêutrons, um Vary brinca é uma “estrela de nêutrons de curta duração e muito leve”. 

Uma reação pessoal 

“Eu tinha praticamente desistido dos experimentos”, disse Vary. “Eu não tinha ouvido nada sobre isso durante a pandemia. Isso veio como um grande choque. Oh meu Deus, aqui estamos nós, podemos realmente ter algo novo.”

Fonte: scitechdaily.com