Fyzici zachytili doteraz najpresnejšie meranie životnosti neutrónu

(TanyaLovus/iStock/Getty Images Plus)

Teraz s presnosťou na desatinu percenta vieme, ako dlho môže neutrón prežiť mimo atómového jadra, kým sa rozpadne na protón.

Toto je doteraz najpresnejšie meranie životnosti týchto základných častíc, čo predstavuje viac ako dvojnásobné zlepšenie v porovnaní s predchádzajúcimi meraniami. To má dôsledky pre naše chápanie toho, ako vznikla prvá hmota vo vesmíre z polievky protónov a neutrónov v niekoľkých minútach po Veľký tresk .

„Proces, pri ktorom sa neutrón „rozpadá“ na protón – s emisiou ľahkého elektrónu a takmer bezhmotného neutrína – je jedným z najfascinujúcejších procesov, ktoré fyzici poznajú,“ povedal jadrový fyzik Daniel Salvat z Indiana University Bloomington.



„Snaha zmerať túto hodnotu veľmi presne je významná, pretože pochopenie presnej doby života neutrónu môže objasniť, ako sa vesmír vyvíjal – a zároveň umožniť fyzikom objaviť nedostatky v našom modeli subatomárneho vesmíru, o ktorom vieme, že existujú, ale nikto ich nemá. ale podarilo sa nájsť.“

Výskum sa uskutočnil v Národnom vedeckom centre v Los Alamos, kde je vytvorený špeciálny experiment len ​​na pokus o meranie dĺžky života neutrónov. Nazýva sa projekt UCNtau a zahŕňa ultra-studené neutróny (UCN) uložené v magneto-gravitačnej pasci.

Neutróny sa ochladia takmer na absolútnu nulu a umiestnia sa do pasce, misky v tvare komory vystlanej tisíckami permanentných magnetov, ktoré neutróny levitujú, vo vákuovom plášti.

Magnetické pole bráni depolarizácii neutrónov a v kombinácii s gravitáciou bráni neutrónov v úniku. Tento dizajn umožňuje uchovávanie neutrónov až 11 dní.

Výskumníci uložili svoje neutróny do pasce UCNtau na 30 až 90 minút, potom spočítali zostávajúce častice po uplynutí stanoveného času. V priebehu opakovaných experimentov uskutočnených v rokoch 2017 až 2019 napočítali viac ako 40 miliónov neutrónov, čím získali dostatok štatistických údajov na určenie životnosti častíc s doteraz najväčšou presnosťou.

Táto životnosť je podľa analýzy výskumníkov približne 877,75 ± 0,28 sekúnd (14 minút a 38 sekúnd). Spresnené meranie môže pomôcť umiestniť dôležité fyzikálne obmedzenia na vesmír, vrátane tvorby hmoty a temná hmota .

Po veľkom tresku sa veci udiali pomerne rýchlo. Hneď v prvých momentoch sa horúca, ultrahustá hmota, ktorá naplnila vesmír, ochladila na kvarky a elektróny; len o milióntiny sekundy neskôr sa kvarky spojili do protónov a neutrónov.

Poznanie životnosti neutrónu môže fyzikom pomôcť pochopiť, akú úlohu, ak vôbec nejakú, zohrávajú rozpadávajúce sa neutróny pri tvorbe záhadnej hmoty vo vesmíre známej ako temná hmota. Tieto informácie môžu tiež pomôcť otestovať platnosť niečoho, čo sa nazýva Matica Cabibbo-Kobajashi-Maskawa , ktorý pomáha vysvetliť správanie kvarkov pod Štandardný model fyziky, uviedli vedci.

'Základný model vysvetľujúci rozpad neutrónov zahŕňa kvarky, ktoré menia svoju identitu, ale nedávno vylepšené výpočty naznačujú, že tento proces nemusí nastať tak, ako sa predtým predpokladalo,' Povedal Saved .

'Naše nové meranie životnosti neutrónov poskytne nezávislé hodnotenie na vyriešenie tohto problému alebo poskytne toľko hľadaný dôkaz pre objav novej fyziky.'

Výskum bol prijatý do Fyzické prehľadové listy , a je k dispozícii na arXiv .

O Nás

Publikácia Nezávislých, Osvedčených Skutočností O Správach O Zdraví, Priestore, Prírode, Technológii A Životnom Prostredí.