Abbiamo finalmente osservato il tetraneutrone

Per la prima volta, i fisici hanno osservato il tetraneutrone, una particella subatomica composta, come suggerisce il nome, da quattro neutroni. Ecco i dettagli della scoperta.

La scoperta del tetraneutrone

Un piccolo ripasso: il neutrone è una particella presente in quasi tutti i nuclei atomici insieme al protone. Se è il numero di protoni a determinare il tipo di atomo, i neutroni aiutano a tenere insieme il nucleo grazie alla attrazione nucleare forte (sperimentata comunque anche dai protoni), che supera la repulsione elettromagnetica che i protoni avrebbero tra di loro. A seconda del numero di neutroni abbiamo diversi isotopi dello stesso atomo, con proprietà e stabilità diverse.

Se i protoni possono esistere stabilmente fuori dal nucleo, non è così per i neutroni. Singolarmente, infatti, hanno un tempo di vita medio di circa 15 minuti, dopodiché decadono in un protone, un elettrone e un antineutrino. La questione cambia ancora, però, se consideriamo sistemi più neutroni messi assieme, che, a parte nelle stelle di neutroni (dove la gravità tiene tutto assieme), la stabilità è ancora minore.

Gli scienziati hanno già osservato una formazione fatta da due neutroni, chiamato dineutrone. Il suo tempo di vita medio è di 10^-22 secondi. Un sistema a tre, secondo i calcoli, non è probabilmente invece possibile.

La scoperta

Un esperimento ha ora portato all’osservazione di un tetraneutrone, ovvero una formazione fatta a da quattro neutroni. La sua teorizzazione e ricerca è iniziata negli anni ’60, e varie volte si è pensato di averla osservata. Questa volta, però, la collaborazione internazionale SAMURAI afferma con un alto grado di certezza di esserci riuscita. L’esperimento ha avuto luogo presso l’acceleratore RIBF del RIKEN Nishina Center in Giappone.

I fisici hanno bombardato dell’idrogeno liquido (il cui nucleo, ricordiamo, è un singolo protone) con fasci di isotopi di elio altamente neutronici. L’elio più comune, l’elio-4, ha infatti nel suo nucleo due protoni e due neutroni, mentre gli scienziati hanno utilizzato atomi instabili di elio-8, con due protoni e sei neutroni. La collissione i protoni dei due atomi dà come risultato un protone libero, un nucleo di elio-4 e il tanto agognato tetraneutrone.

Essendo elettricamente neutro, è difficile rilevare direttamente questa particella. Gli scienziati si sono quindi affidati al protone e al nucleo di elio prodotti assieme per confermare, per esclusione, che il resto dei neutroni si sono effettivamente uniti in un tetraneutrone. A livello di caratteristiche calcolate, la massa del tetraneutrone sembra di essere dello 0.05% più grande della somma delle masse di quattro neutroni, come previsto dai calcoli teorici. Il suo tempo di vita sembra essere poi di 4×10^-22 secondi, quindi addirittura più lungo di quello del dineutrone.

Il passo successivo sarà quello di riconfermare questo risultato con altre collissioni, eventualmente capendo come rilevare direttamente questo tipo di molecola.

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