Час життя нейтрона виміряли за допомогою холодної ванни

0
10

Новий експеримент з “ванною” дозволив фізикам виміряти час життя вільного нейтрона набагато точніше, ніж будь-коли раніше. Цей прорив може допомогти дослідити межі стандартної моделі фізики елементарних частинок, а також загадки, такі як темна матерія і ранні стадії всесвіту.

Нейтрони в основному знаходяться в ядрах атомів, але вони також можуть вироблятися самі по собі за допомогою таких процесів, як ядерні реакції або космічні промені, що взаємодіють з атомами в атмосфері. Ці “вільні нейтрони” нестабільні і розпадаються на протон, електрон і антинейтрино-але скільки часу займе цей процес, залишається спірним.

Фізики вимірюють середній час життя вільних нейтронів одним з двох основних методів- “пляшкою”або ” пучком”. У першому випадку вільні нейтрони поміщаються в посудину, схожий на пляшку, вичікуються певний час, а потім підраховується їх кількість. Останній включає створення пучка нейтронів з подальшим підрахунком кількості протонів, що утворюються при розпаді нейтронів. На жаль, ці два методи постійно пропонують різні значення-нейтрони з пляшки живуть в середньому близько 14 хвилин і 39 секунд, у порівнянні з 14 хвилинами і 48 секундами для нейтронів з пучком.

Дев’ять секунд можуть не звучати як серйозна невідповідність, але вони мають величезне значення для ряду важливих обчислень у фізиці. Що ще більш дивно, різниця тільки збільшується в міру того, як кожен метод стає більш точним, і їх діапазони не перетинаються. Це може вказувати на те, що один метод працює неправильно, вчені переоцінюють свою впевненість або що невідома фізика втручається в процес.

“процес, за допомогою якого нейтрон розпадається на протон – з випромінюванням легкого електрона і майже безмасового нейтрино – є одним з найбільш захоплюючих процесів, відомих фізикам”, – говорить деніел сальват, провідний дослідник. “зусилля щодо дуже точного вимірювання цього значення важливі, оскільки розуміння точного часу життя нейтрона може пролити світло на те, як розвивалася всесвіт, а також дозволити фізикам виявити недоліки в нашій моделі субатомної всесвіту, які ми знаємо, існують, але ніхто не знає поки не вдалося знайти”.

Вчені тепер кажуть, що вони виміряли час життя вільного нейтрона точніше, ніж будь-коли раніше. У національній лабораторії лос-аламоса команда провела експеримент під назвою ucntau, який являє собою варіацію методу пляшок, який вони називають “ванною”.

Нейтрони охолоджуються майже до абсолютного нуля-ucn означає “ультрахолодні нейтрони” – потім поміщаються в прилад, який піднімає їх в повітря за допомогою тисяч магнітів. Через 30-90 хвилин вчені вважають нейтрони, що вижили, щоб обчислити їх середній час життя. Використовуючи цей метод, команда підрахувала близько 40 мільйонів нейтронів за два роки, щоб нарешті досягти своєї цифри.

Згідно з новим дослідженням, середній час життя вільного нейтрона становить 14 хвилин 37,75 секунди. Дослідники кажуть, що вони виміряли це з більш ніж удвічі більшою точністю в порівнянні з попередніми вимірами, в результаті чого похибка знизилася до 0,039 відсотка.

Команда каже, що більш точне розуміння цієї цифри може дати відповідь на величезне коло важливих питань в космології і фізиці, наприклад, як утворилися перші атомні ядра і відносна кількість елементів, створених в ранньому всесвіті. Є навіть шанс, що нейтрони розпадуться на темну матерію, що може пояснити розбіжність між вимірами пляшки і пучка.

Нагадаємо, раніше повідомлялося, що .