Un nou experiment ajută la dezvăluirea misterelor cosmosului

Un nou experiment de „cadă” a permis fizicienilor să măsoare durata de viață a unui neutron liber mult mai precis decât oricând. Descoperirea ar putea ajuta la sondarea marginilor ”Modelului standard al fizicii particulelor”, precum și la mistere precum materia întunecată și etapele timpurii ale universului. Neutronii se găsesc în cea mai mare parte în nucleul atomilor, dar pot fi produși și singuri prin procese precum reacții nucleare sau raze cosmice care interacționează cu atomii din atmosferă. Acești „neutroni liberi” sunt instabili și se vor descompune într-un proton, un electron și un antineutrino – dar exact cât durează acest proces este controversat. Fizicienii măsoară durata medie de viață a neutronilor liberi folosind una dintre cele două metode principale – o „sticlă” sau un „fascicul”. Primul implică punerea de neutroni liberi într-un instrument asemănător sticlei, așteptarea unei anumite perioade de timp, apoi numărarea celor care mai rămân.

Detectorul de neutroni ultracold ajută la măsurarea duratei de viață a neutronului liber mai precis decât oricând

Acesta din urmă implică generarea unui fascicul de neutroni, apoi numărarea câtor protoni sunt produși pe măsură ce neutronii se descompun. În mod frustrant, cele două tehnici oferă în mod constant valori diferite – neutronii de sticlă trăiesc în medie aproximativ 14 minute și 39 de secunde, comparativ cu 14 minute și 48 de secunde pentru neutronii cu fascicul. Nouă secunde s-ar putea să nu sune ca o discrepanță majoră, dar are implicații uriașe pentru o serie de calcule importante din fizică. Chiar și mai ciudat, diferența a crescut doar pe măsură ce fiecare metodă devine mai precisă și nu există suprapuneri între intervalele lor. Acest lucru ar putea indica faptul că o tehnică face ceva greșit, oamenii de știință își supraestimează certitudinea – sau că fizica necunoscută interferează. „Procesul prin care un neutron„ se descompune „într-un proton – cu o emisie a unui electron luminos și a unui neutrino aproape fără masă – este unul dintre cele mai fascinante procese cunoscute de fizicieni „, spune Daniel Salvat, investigatorul principal al studiului. „Efortul de a măsura această valoare foarte precis este semnificativ, deoarece înțelegerea duratei de viață precise a neutronului poate arunca o lumină asupra modului în care s-a dezvoltat 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. ” Oamenii de știință spun acum că au măsurat durata de viață a neutronului liber mai precis decât oricând. La Laboratorul Național Los Alamos, echipa a organizat un experiment numit UCNtau, care este o variantă a metodei sticlei pe care o numesc „cadă”.

Neutronii sunt răciți până la zero aproape absolut – UCN înseamnă „Neutroni ultracold” – apoi plasați într-un instrument care îi levitează cu mii de magneți. După 30 până la 90 de minute, oamenii de știință numără neutronii supraviețuitori pentru a-și calcula durata medie de viață. Folosind această metodă, echipa a numărat în jur de 40 de milioane de neutroni în doi ani, pentru a ajunge în cele din urmă la cifra lor. Potrivit noului studiu, durata medie de viață a unui neutron liber este de 14 minute și 37,75 secunde. Cercetătorii spun că au măsurat acest lucru cu mai mult de două ori precizia măsurătorilor anterioare, reducând incertitudinea la doar 0,039 la sută. Echipa spune că înțelegerea acestei cifre mai precis poate informa o gamă largă de întrebări importante în cosmologie și fizică, cum ar fi modul în care s-au format primele nuclee atomice și cantitățile relative de elemente create în universul timpuriu. Există chiar șansa ca neutronii să se descompună în materie întunecată, ceea ce ar putea explica discrepanța dintre măsurătorile sticlei și ale fasciculului. Sursa: newatlas.com