Inmediatamente después de que Ernest Rutherford descubrió que los átomos están compuestos por núcleos cargados positivamente rodeados de electrones que giran en órbitas planetarias a su alrededor, surgió la pregunta de ¿qué hay en el núcleo atómico? El hidrógeno, que es el más sencillo de los átomos de la naturaleza contiene un protón con carga positiva- rodeado de un electrón con carga negativa-. El siguiente átomo más simple y abundante de la naturaleza es el helio el cual contiene dos protones en su núcleo y dos electrones orbitándolo.
Lo interesante es que los dos protones del núcleo del helio no están solos sino acompañados por dos neutrones ¿Qué hacen allí esas partículas sin carga llamadas neutrones que tienen casi la misma masa que los protones? Pronto se descubrió que los neutrones funcionan como “pegamento” que garantiza la estabilidad de los núcleos atómicos. Imaginar por qué esto es necesario es fácil tan pronto recordamos que la repulsión electrostática entre los protones de un núcleo haría que los núcleos atómicos se desintegraran.
También, pronto se descubrió que en la escala nuclear dentro de los núcleos atómicos- actúa una fuerza diferente a las tres fuerzas conocidas del universo: electrostática, débil y gravitacional.
Esta cuarta fuerza es la nuclear y es tan grande y poderosa que es la responsable de las explosiones nucleares naturales ocurridas en las estrellas así como de las explosiones producidas artificialmente en la tierra con armas nucleares. El físico británico James Chawdick descubrió el neutrón en 1932 y recibió el premio Nobel por este hecho.
Es notable que durante sesenta años los científicos del mundo han buscado tetra-neutrones, es decir; partículas, o más bien aglomerados, compuestos por cuatro neutrones. Sin embargo, acaba de ser reportada (ver: M. Duer et al. “Observation of a correlated free four-neutron system”, Nature, Vol. 606, June 23, 2022, p. 678) la observación de tetra-neutrones por investigadores de la Universidad de Darmstadt en Alemania en colaboración con un equipo japonés. El problema es que el tiempo de vida de los tetra-neutrones es de billonésimas de billonésimas de segundo, es decir; ¡casi nada! Tan pronto son creados se desintegran y desaparecen, lo cual complica tremendamente su estudio experimental. Sin embargo hay mucho interés en su estudio pues esté confirmará muchas ideas que se tienen sobre las fuerzas nucleares.
La creación y detección de estos tetra-neutrones es una historia fascinante que lleva la imaginación científica y la tecnología humana a sus límites máximos.
El experimento inicia con núcleos de Helio-8. Mientras que el núcleo de Helio normalmente consta de dos protones y dos neutrones; el núcleo del isótopo Helio-8 consta de dos protones y seis neutrones.
En seguida los núcleos de Helio-8 colisionan en un acelerador de partículas con un neutrón libre y como resultado de este choque se produce una partícula Alfa -que en realidad es solamente un núcleo de helio compuesto por dos protones y dos neutrones- además de un tetra-neutrón, que como hemos dicho, es un conglomerado formado por cuatro neutrones.
En seguida la partícula Alfa y los protones sobrantes de la reacción al ser partículas eléctricamente cargadas positivamente, pueden desviarse usando campos eléctricos o magnéticos, de la trayectoria que sigue el tetra-neutrón, ya que al estar formado el tetra-neutrón solo de neutrones es inmune a la presencia de los campos eléctricos y magnéticos. Esto le da a los investigadores un maravilloso instante durante el cual pueden detectar exclusivamente a los tetra-neutrones.