Fizicienii au făcut cea mai precisă măsurare din lume a vârstei unui neutron

O echipă internațională de cercetători a făcut cea mai precisă măsurare din lume a vârstei unui neutron, ceea ce poate ajuta la răspunsul la întrebări despre universul timpuriu.

O echipă internațională de fizicieni condusă de cercetători de la Universitatea Indiana din Bloomington a anunțat cea mai precisă măsurare din lume a vârstei unui neutron.

Descoperirile echipei, care include oameni de știință din peste 10 laboratoare naționale și universități din SUA și din străinătate, reprezintă o îmbunătățire de peste două ori față de măsurătorile anterioare – cu o incertitudine mai mică de o zecime de procent.

Lucrarea a fost publicată în numărul din 13 octombrie al revistei mesaje de recenzie fizică. a fost, de asemenea, subiectul unui Briefing de știri live La întâlnirea de toamnă din 2021 a Diviziei de Fizică Nucleară a Societății Americane de Fizică.

a spus David Baxter, președinte al IU Bloomington College of Arts and Sciences Department of Physics. „Suntem mândri de rolul de lungă durată al IU ca pionier în această afacere.”

Autorii afiliați la IU la momentul studiului erau absolvenții Nathan Callahan, Maria Dawid și Francisco Gonzalez. Inginer Walt Fox. Profesor de fizică Rudy Chen Yu Liu; Cercetătorul Daniel Salvat. și tehnicianul mecanic John Vanderwerp. (Callaghan și Gonzalez sunt în prezent afiliați la Laboratorul Național Argonne și, respectiv, la Laboratorul Național Oak Ridge.) Cercetarea a fost efectuată la Laboratorul Național Los Alamos.

Scopul științific al experimentului este de a măsura cât de mult trăiește un neutron liber, în medie, în afara limitelor nucleilor atomici.

„Procesul prin care un neutron„ se descompune ”într-un proton – cu emisia unui electron ușor și a unui neutrin aproape fără masă – este unul dintre cele mai fascinante procese cunoscute fizicienilor”, a spus Salvat, care a condus experimentele de la Los Alamos. „Efortul de a măsura cu precizie această valoare este important deoarece înțelegerea vârstei exacte a neutronului poate arunca o lumină asupra modului în care a evoluat universul – precum și permite fizicienilor să descopere defecte în modelul nostru de univers subatomic despre care știm că există, dar nimeni nu are totuși am putut găsi. pe ea „.

Neutronii utilizați în studiu au fost produși de Centrul de Științe pentru Neutronii Ultracold Los Alamos de la Laboratorul Național Los Alamos. Experimentul UCNtau a captat acești neutroni, a căror temperatură scade la aproape zero absolutÎn interiorul unei căzi înconjurate de 4.000 de magneți. După ce au așteptat 30 până la 90 de minute, cercetătorii numără neutronii rămași din bazin pe măsură ce se ridică împotriva gravitației cu forța magnetului.

Designul unic al capcanei UCNtau permite neutronii să rămână depozitați mai mult de 11 zile, mult mai mult decât modelele anterioare, reducând nevoia de corecții sistematice care pot distorsiona rezultatele măsurătorilor pe durata de viață. Pe parcursul a doi ani, cercetătorii studiului au numărat aproape 40 de milioane de neutroni capturați folosind această metodă. Aceste eforturi au fost lucrarea de disertație pentru Gonzalez, care a colectat date la Los Alamos ca student absolvent IU din 2017 până în 2019 și a condus analiza rezultatului publicat.

Salvat a spus că rezultatele experimentului vor ajuta fizicienii să confirme sau să nege validitatea „Matricei Kabibo-Kobayashi-Maskua”, care se referă la particulele subatomice numite quark și joacă un rol important în „Modelul standard” acceptat pe scară largă al fizicii particulelor. De asemenea, va ajuta fizicienii să înțeleagă rolul potențial pe care noile idei din fizică, cum ar fi decăderea neutronilor în materie întunecată, îl pot juca în dezvoltarea teoriilor despre univers, precum și poate ajuta la explicarea modului în care s-au format primii nuclei atomici.

„Modelul de bază care explică decăderea neutronilor implică quark-urile care își schimbă identitatea, dar calculele îmbunătățite recent indică faptul că acest proces ar putea să nu aibă loc așa cum se aștepta anterior”, a spus Salvat. „Noua noastră măsurare a duratei de viață a neutronilor va oferi o evaluare independentă pentru rezolvarea acestei probleme sau va oferi dovezi mult căutate pentru descoperirea unei noi fizici.”

Referință: „Măsurarea îmbunătățită a duratei de viață a neutronilor utilizând UCN$\mathrm{NS}$De F.M. Gonzalez, E.M. Fries, C. Cude-Woods, T. Bailey, M. Blatnik, L.J. Broussard, N.B. Callahan, J.H. Choi, S.M. Clayton, S.A. Currie, M. Dawid, E.B. Dees, B.W. Filippone, W. Fox View rezumat C. O’Shaughnessy, RW Bate Jr., J. Ramsey, DJ Salvat, A. Saunders, EE Sharapov, S. Slutsky, V. Su, X-Sun, Swank, Z. Tang, W. Aurich, J Vanderwerp, B. Wallstrom, Z. Wang, W. Wei și R-Young, 13 octombrie 2021, disponibil aici. mesaje de recenzie fizică.
arXiv: 2106.10375