I ricercatori dell'Iowa State University hanno contribuito a dimostrare l'esistenza di una struttura subatomica un tempo ritenuta improbabile.

James Vari, professore di fisica e astronomia, e Andrey Shirokov, uno scienziato in visita, insieme a un team internazionale, utilizzato sofisticate simulazioni al supercomputer per mostrare l'esistenza quasi stabile di un tetraneutrone, una struttura composta da quattro neutroni (particelle subatomiche senza carica).

La nuova scoperta è stata pubblicata in Lettere di revisione fisica , una pubblicazione dell'American Physical Society, il 28 ottobre.

Da soli, i neutroni sono molto instabili e si convertono in protoni, particelle subatomiche caricate positivamente, dopo dieci minuti. Gruppi di due o tre neutroni non formano una struttura stabile, ma le nuove simulazioni in questa ricerca dimostrano che quattro neutroni insieme possono formare una risonanza, una struttura stabile per un periodo di tempo prima di decadere.

Per il tetraneutrone, questa durata è di soli 5×10^(-22) secondi (una minuscola frazione di miliardesimo di nanosecondo). Anche se questo tempo sembra molto breve, è abbastanza lungo per studiare, e fornisce una nuova strada per esplorare le forze forti tra i neutroni.

"Questo apre una nuova linea di ricerca, "Vary ha detto. "Studiare il tetraneutrone ci aiuterà a capire le forze interneutroniche comprese le caratteristiche precedentemente inesplorate dei sistemi instabili a due e tre neutroni".

Le simulazioni avanzate che dimostrano il tetraneutrone confermano la prima prova osservativa del tetraneutrone all'inizio di quest'anno in un esperimento eseguito presso la RIKEN Radioactive Ion Beam Factory (RIBF), a Saitama, Giappone. La struttura del tetraneutrone è stata ricercata per 40 anni con poche prove a sostegno della sua esistenza, fino ad ora. Le proprietà previste dai calcoli nelle simulazioni erano coerenti con le proprietà osservate dall'esperimento in Giappone.

La ricerca in Giappone ha utilizzato un raggio di Elio-8, Elio con 4 neutroni in più, collisione con un normale atomo di elio-4. La collisione rompe l'elio-8 in un altro elio-4 e un tetraneutrone nel suo breve stato di risonanza, prima di cio, pure, si rompe, formando quattro neutroni solitari.

"Sappiamo che sono in preparazione ulteriori esperimenti con strutture all'avanguardia con l'obiettivo di ottenere caratteristiche precise del tetraneutrone, "Vary ha detto. "Stiamo fornendo le nostre previsioni all'avanguardia per aiutare a guidare questi esperimenti".

L'esistenza del tetraneutrone, una volta confermato e affinato, aggiungerà un'interessante new entry e gap alla carta dei nuclidi, un grafico che rappresenta tutti i nuclei conosciuti e i loro isotopi, o nuclei con un diverso numero di neutroni. Simile alla tavola periodica, che organizza il comportamento chimico degli elementi, la carta dei nuclidi rappresenta il comportamento radioattivo degli elementi e dei loro isotopi. Mentre la maggior parte dei nuclei aggiunge o sottrae neutroni uno alla volta, questa ricerca mostra che un neutrone stesso avrà un divario tra un singolo neutrone e un tetraneutrone.

L'unica altra struttura di neutroni conosciuta è una stella di neutroni, stelle piccole ma dense che si pensava fossero fatte quasi interamente di neutroni. Queste stelle possono avere solo circa sette miglia di raggio, ma hanno una massa simile a quella del nostro sole. Le stelle di neutroni hanno neutroni dell'ordine 10^57. Ulteriori ricerche potrebbero esplorare se ci sono altri numeri di neutroni che formano una risonanza stabile lungo il percorso per raggiungere le dimensioni di una stella di neutroni.