Tetraneutrón, haciendo posible lo imposible.

Imagen de APS / Alan Stonebraker
Imagen de APS / Alan Stonebraker

Tres de febrero de 2016, el equipo de  Keiichi Kisamori del RIKEN Nishina Center (RNC), en Japón, publica el descubrimiento de la evidencia experimental más significativa hasta la fecha de la existencia de un sistema de partículas formada únicamente por cuatro neutrones, “el tetraneutrón”, un núcleo atómico sin ninguna carga positiva (sin ningún protón) que el modelo teórico de la física de partículas actual considera, simplemente, imposible.

El experimento consistió básicamente en disparar núcleos de un isótopo raro de helio, formado por 8 nucleones (2 protones y 6 neutrones), contra el isótopo del helio más común (2 protones y 2 neutrones). Como resultado se produjeron algunos núcleos de berilio (4 protones y 4 neutrones) y también algunos tetraneutrones, que se desintegraron en una ínfima fracción de segundo y cuya observación se tuvo que inferir de manera indirecta, esto es, estudiando su resonancia. Para los que queráis ampliar la información, os dejo el enlace a la publicación de Physical Review Letter (116, 052501).

 

Imagen de Keiichi Kisamori, vía u-tokyo
Imagen de Keiichi Kisamori, vía U-Tokyo

 

Algunos os preguntaréis: ¿y eso, que tiene de especial? No es la primera vez que aparecen los tetraneutrones: en 1985, un equipo ucraniano dirigido por V.A. Ageev, reportó haberlos observado; y, en 2001, el equipo dirigido por Francisco Miguel Marqués del acelerador GANIL, en Francia, los detectó en un experimento de colisiones con núcleos de berilio y litio sobre un blanco de carbono, que luego nadie fue capaz de reproducir con éxito.

 

 

Pues bien, parece ser que la presencia del “tetraneutrón” esta vez resulta más convincente, y eso deja la puerta abierta a la detección de otros sistemas de multineutrones que, según el modelo actual, tampoco deberían existir porque el “principio de exclusión de Pauli” (una regla de la mecánica cuántica) prohíbe a dos o más partículas fermiónicas formar parte de un sistema, de manera simultánea, si tienen las mismas propiedades cuánticas.

Sin duda, esto es desconcertante para los físicos teóricos. Resulta difícil imaginar qué pasará por sus cabezas en situaciones como esta. Yo creo que debe haber sentimientos enfrentados: por un lado, el vértigo del vacío bajo los pies, que conlleva la necesidad imperiosa de hallar algo a lo que aferrarse; y, por otro, el estímulo necesario para empezar a imaginar nuevos espacios donde cimentar una “nueva física”. Pero no debemos dramatizar, ya sabíamos que apenas hemos empezado a entender las leyes físicas del mundo en el que vivimos.

 

Imagen de CIFOR, vía flickr
Imagen de CIFOR, vía flickr

Lo bueno es que no tendrán que buscar mucho porque, hablando de nueva física, ahora disponemos de la Teoría de Ruedas, donde propongo un modelo atómico, basado en nuevas hipótesis sobre la naturaleza de las interacciones que mantienen unidos los nucleones, que resulta totalmente coherente con las observaciones de sistemas de tetranucleones, lo que, por otro lado, debería considerarse como una prueba experimental de la solidez de su argumentación teórica, algo que también puedo complementar describiendo situaciones en las que se ponen de manifiesto otros sistemas de multineutrones y que los físicos experimentales ya conocen de sobra. Lo que pasa es que las explicaciones teóricas de esos sucesos no han estado disponibles hasta ahora.

¡A lo que vamos! En resumen, la clave para entender esta teoría está en la nueva descripción de la “masa relativista aparente“, que nos sirve para reconocer el tamaño, la composición y la auténtica masa en reposo de los leptones. Así, según esta teoría, un protón esta formado por una rueda con carga eléctrica positiva (un positrón) y otra con carga neutra (un neutrino) que permanecen unidas en disposición opuesta, la interacción más fuerte y estable. Un neutrón es un protón al que se ha adherido una rueda con carga eléctrica negativa (un electrón) en disposición lineal, la interacción débil. La unión de protones y neutrones en el núcleo atómico se explica por la fuerza concentrada en los discos de absorción de las dos ruedas que se encuentran en disposición opuesta en cada uno de los nucleones.

 

Partícula alfa
Partícula alfa, núcleo atómico del helio-4 (dos protones y dos neutrones unidos por sus discos de absorción, en amarillo)

 

Los núcleos atómicos de los tres primeros elementos tienen una estructura plana flexible que puede ser deformada (a muy bajas temperaturas y/o a muy altas presiones) hasta conseguir núcleos con estructura esférica a partir de isótopos con seis nucleones o más. Del cuarto elemento en adelante, las estructuras nucleares son siempre esféricas, aunque esa esfericidad resulta comprometida cuando el elemento es muy pesado (del hierro en adelante). La prueba de esto la tenemos en las gráficas de energía de enlace por nucleón.

 

Gráfico de Binding_energy_curve_-_common_isotopes.svg: Fastfission derivative work: , via Wikimedia Commons
Gráfico de Fastfission, via Wikimedia Commons

 

Sección de la estructura nuclear esférica de un núcleo de carbono-12
Sección de la estructura nuclear esférica de un núcleo de carbono-12

 

Todos los átomos pueden ser convertidos en sistemas de multineutrones (excepto, obviamente, el hidrógeno-1) sometiéndolos a temperaturas muy cercanas al cero absoluto. En estos supuestos de tan baja energía, los átomos disminuyen su radio de acción electrónica hasta conseguir que a todos los protones se les adhiera un electrón transformándose, de esta manera, en neutrones (a este proceso se llama “captura de electrones”).

Por tanto, si queremos tetraneutrones, únicamente tenemos que conseguir enfriar átomos de helio-4 hasta que todos sus nucleones queden convertidos en neutrones. La sustancia resultante será un líquido neutro como el átomo original pero, apenas volvamos a suministrar un mínimo de energía al sistema, observaremos fenómenos tan peculiares como “la superfluidez“, motivada por la recuperación progresiva del radio de acción electrónico de los átomos de helio que se transmite, en una cadena de sucesos, por la superficie del fluido y que es capaz de escalar las paredes del recipiente que sirve de contenedor. Esto ocurre con el helio, porque tiene estructura nuclear plana.

 

 

Sin embargo, los átomos cuya estructura nuclear es esférica se comportan de una forma diferente. En estos casos, el núcleo aumenta su volumen debido a la reducción de la fuerza que desde los discos de absorción mantiene unidos los nucleones y, cuando el proceso de disminución del radio de acción electrónica se completa con la conversión de todos los protones en neutrones, tenemos “un condensado de Bose-Einstein“, es decir, un fluido de “partículas” con carga negativa, compuesto en realidad por esos átomos que se han transformado en supernúcleos de neutrones (con los electrones posicionados en la capa externa de la esfera que apantallan a las cargas positivas de los protones que han quedado en la segunda capa de ruedas, hacia el interior del núcleo). Estos condensados no disponen de ninguna de las propiedades químicas o físicas que tenían los átomos a temperaturas superiores, pero son magníficos superconductores.

 

Condensado Bose-Einstein
Condensado de Bose- Einstein. Imagen de NIST/JILA/CU-Boulder

 

Con este modelo de átomo también podemos empezar a entender qué son “las estrellas de neutrones“, ya que debajo de la corteza de la estrella podríamos encontrar materia líquida en forma de condensado de Bose-Einstein producido, esta vez, en situación de máxima presión debidas a la acumulación en el espacio de ingentes masas de elementos pesados (con estructura nuclear esférica) con esos supernúcleos de neutrones que exhiben únicamente sus cargas negativas, moviéndose en dinámicas rotacionales extremas, que generan tremendos campos magnéticos y que, irremediablemente, cuando la presión supera un cierto umbral terminan colapsando, provocando la destrucción de las ruedas que las forman y la liberación de los almacenes energéticos de éstas.

 

Estrella de nuetrones. Imagen de Brews ohare, via Wikimedia Commons
Estrella de nuetrones. Imagen de Brews ohare, via Wikimedia Commons

 

La reacción en cadena de implosiones y desintegraciones en el núcleo de una estrella de neutrones podría servir para imaginar cuál es su composición, esto es: una masa superdensa de quarks y gluones sin ninguna estructura (la materia oscura) que como no es capaz de interactuar con los fotones superenergéticos, que se están liberando masivamente, los deja escapar por el centro de los vórtices que se forman de manera simétrica debido a  la inmensa velocidad rotacional de la estrella y que conectan directamente el núcleo con el experior. A partir de aquí, se explica el origen de la radiación de Hawking, de los púlsares y de los agujeros negros.

 

Imagen de Jm smits via Wikimedia Commons
Campo magnético y chorros de emisión de luz de alta frecuencia de un púlsar. Imagen de Jm smits via Wikimedia Commons

 

Como veis, lo bueno de tener una teoría coherente y acorde con la experimentación, es que se pueden ofrecer hipótesis encadenadas para intentar dar respuesta al montón de preguntas que nos hacemos cuando observamos algo inesperado y que a otros les puede parecer del todo imposible.

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2 comentarios sobre “Tetraneutrón, haciendo posible lo imposible.

  1. Amigo mío, me parece interesantísimo el envío que me haces y, se demuestra con ello que, la Naturaleza guarda más secretos de los que podemos desvelar. Sí, son muchas más las preguntas que las respuestas pero, seguiremos trabajando.

    Te felicito por el trabajo que llevas a cabo, por tu nueva e interesante teoría y, hay que felicitarte también por tu intuición innovadora que pretende abrir nuevos caminos a la Física actual, lo que dicho sea de paso, no es cosa nada fácil.

    Un cordial saludo

    1. Muchas gracias amigo Emilio, como ya sabes, valoro muy especialmente el ánimo que me transmites. Seguiré trabajando y con ello espero plantearme las preguntas adecuadas que, como también sabes, es clave para obtener algunas respuestas útiles.

      Un fuerte abrazo.

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