Investigadores del Tokyo Tech han investigado la posible tasa de emisión del tetraneutrón de partículas estables, un sistema de cuatro neutrones cuya existencia ha sido debatida durante mucho tiempo dentro de la comunidad científica. Examinaron la emisión de tetraneutrones procedente de la fisión térmica de 235U irradiando una muestra de 88SrCO3 en un reactor de investigación nuclear y analizándolo mediante espectroscopia de rayos γ.
El tetraneutrón es un núcleo atómico esquivo que consta de cuatro neutrones, cuya existencia ha sido muy debatida por los científicos. Esto se debe principalmente a nuestra falta de conocimiento sobre los sistemas formados únicamente por neutrones, ya que la mayoría de los núcleos atómicos suelen estar formados por una combinación de protones y neutrones. Los científicos creen que la observación experimental de un tetraneutrón podría ser la clave para explorar nuevas propiedades de los núcleos atómicos y responder a la antigua pregunta: ¿puede existir algún día un sistema multineutrón de carga neutra?
Dos estudios experimentales recientes informaron la presencia de tetraneutrones en estado ligado y en estado resonante (un estado que decae con el tiempo pero que vive lo suficiente como para ser detectado experimentalmente). Sin embargo, los estudios teóricos indican que los tetraneutrones no existirán en un estado ligado si las interacciones entre neutrones se rigen por nuestra comprensión común de las fuerzas nucleares de dos o tres cuerpos.
Intrigado, un equipo de investigadores dirigido por el profesor asociado Hiroyuki Fujioka del Instituto de Tokio de Tecnología se propusieron investigar la viabilidad de la emisión de tetraneutrones unidos. En su reciente estudio publicado en Physical Review C, el equipo exploró la posible tasa de emisión de tetraneutrones estables en partículas a través de la fisión de neutrones térmicos inducida por 235U (uranio-235) en un reactor nuclear.
“Somos conscientes de la literatura anterior que el proceso de fisión térmica dominante para 235U es la fisión binaria, que conduce a la emisión de dos fragmentos nucleares pesados junto con 2.4 neutrones, en promedio. Pero existe una probabilidad del 0.2% de que se produzca una fisión ternaria, en la que se emiten fragmentos nucleares ligeros. Por lo tanto, elegimos esta ruta para nuestro experimento bajo el supuesto de que el tetraneutrón hipotéticamente unido podría ser una partícula ternaria en la fisión del uranio”, explica el Dr. Fujioka.
El equipo adoptó el conocido método de análisis instrumental de activación de neutrones, en el que un oligoelemento de una muestra seleccionada se irradia y activa mediante la captura de neutrones térmicos. Para este estudio, 88SrCO3 Se eligió como muestra objetivo y se irradió durante dos horas a una potencia térmica de 5 MW en un reactor nuclear de investigación. El equipo también realizó espectroscopia de rayos γ para la muestra irradiada para detectar señales correspondientes a una posible emisión de tetraneutrones.
El 88Se esperaba que los núcleos Sr se convirtieran en 91Sr con un valor Q (cambio de masa entre los estados inicial y final de una reacción expresado en términos de unidades de energía) de 20 MeV menos la energía de enlace del tetraneutrón. Desde 91El Sr es inestable, su desintegración radiactiva seguida de la liberación de rayos γ indicaría la emisión de tetraneutrones estables en partículas.
Los resultados de la espectroscopia de rayos γ para los irradiados 88La muestra Sr, sin embargo, no mostró ningún fotopico correspondiente a la formación de 91Sr. Con base en esto, el equipo estimó que si existen tetraneutrones con partículas estables, su tasa de emisión podría ser inferior a 8 × 10-7 por fisión con un nivel de confianza del 95%. También sugirieron que mejorar la pureza de las muestras y aumentar la sensibilidad de la experimentación podría ayudar a detectar señales sutiles que surgen de los tetraneutrones.
El Dr. Fujioka dice: “Nuestro estudio demostró que el método instrumental de activación de neutrones en radioquímica se puede aplicar para abordar la cuestión abierta en la física nuclear. Mejoraremos aún más la sensibilidad para buscar el escurridizo sistema de carga neutral”.
Si bien el equipo no pudo detectar tetraneutrones unidos, su trabajo ha sentado un marco sólido para futuros estudios sobre los esquivos tetraneutrones y otros sistemas similares.