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No mundo das partículas subatômicas, o nêutron é o isentão. Quando está sozinho, porém, ele fica bem instável e logo vira um próton. Como, então, podem existir estrelas feitas apenas de nêutrons?

Alguns podem dizer que uma estrela de nêutrons nada mais é que um nêutron gigantesco mas essa é uma simplificação tão ingênua quanto a proverbial vaca esférica dos físicos e engenheiros. É claro que há mais de um nêutron numa estrela desse tipo — estima-se algo da ordem de 1057 nêutrons —, provavelmente na forma de alguma partícula fundamental neutrônica.

No ano passado, um experimento no acelerador de partículas RIKEN, em Saitama, no Japão, encontrou indícios do que seria um tetranêutron — uma partícula formada por quatro nêutrons. O tetranêutron foi o que apareceu quando o Prof. Susumu Shimoura, da Universidade de Tóquio, e seus colaboradores colidiram Hélio-8 com um átomo comum de Hélio-4. O He-8 é a versão turbinada do He-4, com 4 nêutrons extras.

Decaimento detalhado observado no experimento japonês. [Imagem: Susumu Shimoura/Universidade de Tóquio]

Depois de bater com o átomo de hélio comum, o hélio turbinado tornou-se He-4 ao liberar seus nêutrons extras na forma de um tetranêutron. Após um breve período, o tetranêutron também decaiu, formando quatro nêutrons individuais. Mas será que era mesmo um tetranêutron? Quais seriam as propriedades esperadas de tal partícula?

Embora seja estudado teoricamente há décadas, o tetranêutron nunca foi devidamente descrito. Como sistemas de dois ou três nêutrons são tão instáveis que decaem antes que possam ser estudados, os físicos nunca levaram muito a sério a possibilidade de um quarteto de nêutrons. Diante do achado japonês, publicado em 5 de fevereiro na Physical Review Letters, o Prof. James Vary, do Departamento de Física e Astronomia da Universidade Estadual de Iowa (EUA), decidiu fazer alguma coisa.

Vary não tem seu próprio acelerador de partículas, mas, em colaboração com cientistas da Alemanha e da Rússia, pôde simular num supercomputador uma colisão como a feita por seus colegas japoneses. Mesmo que não fosse uma confirmação direta, já seria uma prova do conceito. O professor americano e seus colegas descobriram a meia-vida da partícula isentona: 5.10-22 segundos. Embora seja um intervalo curtíssimo, essa minúscula fração de segundo pode ser bem estudada com um acelerador de partícula moderno.

“O experimento no Japão encontrou um candidato a estado tetranêutron ressonante com uma energia 0,83 MeV [mega-elétron-volt] acima do limite de desintegração do tetranêutron”, explicaram os cientistas americanos, alemães e russos em comunicado do Sci-News. Outras propriedades observadas na simulação também se coadunam com os resultados do experimento japonês.

Para o professor Vary, cujo trabalho também foi publicado na Physical Review Letters em 28/10, a descoberta abre uma nova linha de pesquisa que vai permitir entender as forças internêutron e saber porque os bi- e trinêutrons são tão instáveis.

Embora ainda tenha que ser confirmado e também seja uma partícula efêmera, o tetranêutron apresenta uma ressonância que pode ser mais intensa e mais duradoura em partículas com mais nêutrons, como as que devem existir em estrelas de nêutron. Que venham os penta, hexa, hepta, octa…

Referências

rb2_large_gray25A. M. Shirokov et al. 2016. Prediction for a Four-Neutron Resonance [Previsão para uma Ressonância Tetra-Nêutron]. Phys. Rev. Lett. 117 (18): 182502, 28 de outubro de 2016; doi: 10.1103/PhysRevLett.117.182502

K. Kisamori et al. 2016. Candidate Resonant Tetraneutron State Populated by the 4He (8He, 8Be) Reaction [Candidato a estato ressonante tetranêutron formado pela reação 4He (8He, 8Be)]. Phys. Rev. Lett. 116 (5): 052501, 5 de fevereiro de 2016; doi: 10.1103/PhysRevLett.116.052501

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