Físicos italianos descubren un nuevo tipo de materia extraña, el hiperhidrógeno 6ΛH

Físicos del experimento FINUDA han observado tres eventos de un nuevo hipernúcleo, el hiperhidrógeno 6ΛH, que contiene 6 bariones, en concreto, un protón (uud), por eso es hidrógeno, cuatro neutrones (udd) y un hiperón (uds), por eso es un hipernúcleo, donde u, d, y s son las siglas de los quarks arriba, abajo y extraño. Este hipernúcleo fue predicho en 1963 por Dalitz y Levi-Setti con una vida media teórica de unos 10-10 segundos, un tiempo enorme comparado con la vida media del hidrógeno 5H (formado por un protón y cuatro neutrones), solo 10-22 segundos. Esta vida media tan larga es debida a la presencia del hiperón, que contiene un quark extraño, que actúa con un efecto estabilizador. Los tres eventos del nuevo hipernúcleo se indican en la figura que abre esta entrada como [1], [2] y [3], y su masa media es de 5801,43 ± 0,74 MeV, muy próxima a la predicha por la teoría. La gran estabilidad (teórica) de la materia extraña podría dar lugar a la existencia de estrellas extrañas (estrellas formadas solo por materia extraña). Conocer en detalle las propiedades de estos hipernúcleos es de gran importancia para conocer las propiedades de la materia extraña. El nuevo hipernúcleo de hidrógeno fue encontrado el año pasado por físicos del Instituto Nazionale di Fisica Nucleare-Laboratori Nazionali di Frascati (INFN-LNF) que trabajan en el experimento FINUDA (Fisica Nucleare a DAΦNE); el círculo amarillo y las trazas en azul corresponden a uno de los eventos observados. El hiperhidrógeno es noticia porque se ha publicado en Physical Review Letters, aunque su descubrimiento ya había sido publicado en octubre pasado en un congreso internacional (y en la revista Proceedings of Science). Este descubrimiento tendrá que ser confirmado en un futuro cercano por el experimento japonés J-PARC. El artículo técnico es M. Agnello et al. (FINUDA Collaboration), “Evidence for Heavy Hyperhydrogen Λ6H,” Phys. Rev. Lett. 108: 042501, 2012 [versión gratis en ArXiv]; la conferencia es E. Botta et al. (FINUDA Collaboration), “First observation of Λ6H,” 8th International Conference on Nuclear Physics at Storage Rings-Stori11, October 9-14, 2011, Proceedings of Science, PoS(STORI11)018, 2011. César @EDocet me ha indicado vía Twitter la noticia de Debjyoti Bardhan, “Discovered: An Exotic Form of Matter – Hypernucleus!,” Techie Buzz, 17th Feb 2012. Gracias, César.

Los primeros hipernúcleos se descubrieron hace unos 50 años en los rayos cósmicos y desde entonces su física ha sido muy estudiada. Los de mayor masa son muy inestables, aunque mucho más estables que los núcleos ordinarios de similar masa, por lo que no se pueden observar en los rayos cósmicos y tienen que ser producidos en laboratorio mediante el bombardeo de núcleos. Esta figura muestra los hipernúcleos observados en la desintegración del 9Be al ser bombardeado con electrones de alta energía; se han identificado gracias al momento de los piones que acompañan a la desintegración de cada hipernúcleo (en el artículo del que he extraído esta figura se afirma que solo se han producido 16 hiperhelios 7ΛHe). Conforme se utilizan núcleos más pesados como blancos (como el 12C) y crece la energía de los electrones se obtienen hipernúcleos de mayor masa atómica.

En el nuevo hiperhidrógeno pesado 6ΛH se ha descubierto tras el análisis de 25 millones de colisiones obtenidas por experimento FINUDA, que se encuentra en uno de los dos puntos de interacción del experimento DAΦNE del INFN-LNF. Un haz de electrones colisiona contra un haz de positrones y produce mesones phi (Φ) que decaen con un probabilidad del 50% en pares de mesones K y anti-K. En el experimento FINUDA se busca que los mesones anti-K colisionen contra un núcleo del blanco de litio (colocado en doble configuración octogonal, como se muestra en la figura que abre esta entrada). Tras un año de análisis de colisiones se han observado tres eventos en los que tras la colisión se produce un hipernúcleo pesado 6ΛH y un pión π+ (la desintegración requiere dos pasos para que los tres protones del litio 6Li se reduzcan a uno solo, proceso en el que también se produce un pión π- y un núcleo de helio 6He). La energía de los dos piones emitidos es una señal característica de la formación de un hiperhidrógeno 6ΛH (un proceso raro ya que en este experimento se observan cien veces más hiperdrógenos 4ΛH). Se espera que el descubrimiento de FINUDA sea confirmado por el experimento J-PARC (Japan Proton Accelerator Research Complex), que se espera que además del 6ΛH observe también otros hipernúcleos ricos en neutrones como el hiperlitio 10ΛLi.

Las estrellas de materia extraña serían similares a las estrellas de neutrones pero ultradensas. El núcleo de las estrellas extrañas estaría formado por hipernúcleos. Sin embargo, los hipernúcleos observados hasta hoy solo contienen un hiperón y se cree que en dichas estrellas debe haber hipernúcleos con dos partículas Λ, porque serían mucho más estables según los modelos teóricos fenomenológicos, pero aún no se han logrado producir en laboratorio. Las simulaciones numéricas son muy complicadas ya que dependen de la ecuación de estado de la materia nuclear extraña con más de un hiperón, que no se conocerá hasta su análisis experimental.

1 Comentario

Participa Suscríbete

Deja un comentario

Tu email nunca será mostrado o compartido. No olvides rellenar los campos obligatorios.

Obligatorio
Obligatorio
Obligatorio

Puedes usar las siguientes etiquetas y atributos HTML: <a href="" title=""> <abbr title=""> <acronym title=""> <b> <blockquote cite=""> <cite> <code> <del datetime=""> <em> <i> <q cite=""> <strike> <strong>