Физики применили новый метод для определения времени жизни свободного нейтрона

Свободные нейтроны нестабильны и распадаются на протон, электрон и антинейтрино, но сколько времени занимает этот процесс, остается спорным

0 406

Новый эксперимент с «ванной» позволил физикам измерить жизни свободного нейтрона гораздо точнее, чем когда-либо прежде. Этот прорыв может помочь исследовать границы Стандартной модели физики элементарных частиц, а также загадки, такие как и ранние стадии Вселенной.

в основном находятся в ядрах атомов, но они также могут вырабатываться сами по себе с помощью таких процессов, как ядерные реакции или космические лучи, взаимодействующие с атомами в атмосфере. Эти «свободные нейтроны» нестабильны и распадаются на протон, электрон и антинейтрино, но сколько времени занимает этот процесс, остается спорным.

Физики измеряют среднее жизни свободных нейтронов одним из двух основных методов — «бутылкой» или «пучком». В первом случае свободные помещаются в сосуд, похожий на бутылку, проходит определенное время, а затем подсчитывается их количество. Второй метод включает в себя создание пучка нейтронов с последующим подсчетом количества протонов, образующихся при распаде нейтронов. К сожалению, эти два метода постоянно предлагают разные значения — нейтроны из бутылки живут в среднем около 14 минут и 39 секунд, по сравнению с 14 минутами и 48 секундами для нейтронов с пучком.

Девять секунд могут не звучать как серьезное несоответствие, но они имеют огромное значение для ряда важных вычислений в физике. Что еще более странно, разница только увеличивается по мере того, как каждый метод становится более точным, и их диапазоны не пересекаются. Это может указывать на то, что один метод работает неправильно, ученые переоценивают свою уверенность или что вмешивается неизвестная физика.

Смотрите также  Инженеры заканчивают сборку детектора темной материи следующего поколения

«Процесс, посредством которого нейтрон «распадается» на протон — с испусканием легкого электрона и почти безмассового нейтрино — является одним из самых увлекательных процессов, известных физикам», — говорит Дэниел Сальват, ведущий автор исследования.

«Усилия по очень точному измерению этого значения важны, потому что понимание точного времени жизни нейтрона может пролить на то, как развивалась Вселенная, а также может позволить физикам обнаружить недостатки в нашей модели субатомной Вселенной, которые, как мы знаем, существуют, но никто их не знает, так как пока не удалось их найти».

Ученые теперь говорят, что они измерили жизни свободного нейтрона более точно, чем когда-либо прежде. В Национальной лаборатории Лос-Аламоса команда физиокв провела эксперимент под названием UCNtau, который представляет собой разновидность бутылочного метода, который они называют «ванной».

охлаждаются почти до абсолютного нуля — UCN означает «ультрахолодные нейтроны» — затем помещаются в прибор, который поднимает их в воздух с помощью тысяч магнитов. Через 30–90 минут ученые считают выжившие нейтроны, чтобы вычислить их среднее жизни. Используя этот метод, ученые подсчитали время жизни около 40 миллионов нейтронов за два года, чтобы наконец достичь своей цифры.

Согласно новому исследованию, среднее время жизни свободного нейтрона составляет 14 минут 37,75 секунды. Исследователи говорят, что они измерили это с более чем вдвое большей точностью, чем предыдущие измерения, в результате чего погрешность снизилась до 0,039 процента.

Смотрите также  Новый материал с невиданной комбинацией свойств

Исследователи говорят, что более точное понимание этой цифры может дать ответ на широкий круг важных вопросов в космологии и физике, например, как образовались первые атомные ядра и относительное количество элементов, созданных в ранней Вселенной. Есть даже шанс, что распадаются на темную материю, что может объяснить расхождение между измерениями бутылки и пучка.

Исследование было опубликовано в журнале Physical Review Letters.

Войти с помощью: 
Подписаться
Уведомление о
guest
0 Комментарий
Встроенные отзывы
Посмотреть все комментарии
0
Будем рады вашим мыслям, пожалуйста, прокомментируйте.x
()
x