Bí ẩn thời gian sống của neutron

Thí nghiệm này đặt ra một tiêu chuẩn mới cho phép đo có để trả lời các câu hỏi về mức độ phong phú tương đối của các nguyên tố được tạo ra trong vũ trụ Vật lý học.

Salvat, người dẫn đầu các thí nghiệm cho biết: "Quá trình neutron 'phân rã' thành một proton - với sự phát xạ của một electron ánh sáng và một neutrino gần như không có khối lượng - là một trong những quá trình hấp dẫn nhất mà các nhà vật lý biết. Nỗ lực đo lường chính xác giá trị này rất có ý nghĩa bởi vì hiểu được thời gian tồn tại chính xác của neutron có thể làm sáng tỏ cách vũ trụ phát triển - cũng như cho phép các nhà vật lý phát hiện ra những lỗ hổng trong mô hình vũ trụ hạ nguyên tử mà chúng ta biết là tồn tại nhưng vẫn chưa thể tìm thấy".

Mô phỏng thí nghiệm

Các neutron được sử dụng trong nghiên cứu được tạo ra bởi nguồn Ultracold Neutron của Trung tâm Khoa học Neutron Los Alamos. Thí nghiệm UCNtau chụp các neutron này, có nhiệt độ hạ xuống gần như không độ tuyệt đối, bên trong một "bồn tắm" được lót bằng khoảng 4.000 nam châm. Sau khi đợi từ 30 đến 90 phút, các nhà nghiên cứu đếm số neutron còn sót lại trong bồn khi chúng bị lực nam châm hút lên chống lại lực hấp dẫn.

Thiết kế độc đáo của bẫy UCNtau cho phép lưu giữ neutron trong hơn 11 ngày, thời gian lâu hơn đáng kể so với các thiết kế trước đó, giảm thiểu nhu cầu hiệu chỉnh hệ thống có thể làm sai lệch kết quả của các phép đo trong thời gian tồn tại. Trong hai năm, các nhà nghiên cứu của nghiên cứu đã đếm được khoảng 40 triệu neutron được tìm thấy bằng phương pháp này.

Salvat cho biết kết quả thí nghiệm sẽ giúp các nhà vật lý hiểu được vai trò tiềm năng của những ý tưởng mới trong vật lý, chẳng hạn như neutron phân rã thành vật chất tối, có thể đóng vai trò trong các lý thuyết đang phát triển về vũ trụ, cũng như có thể giúp giải thích cách các hạt nhân nguyên tử đầu tiên được hình thành.

Các phép đo mới về tuổi thọ của neutron sẽ cung cấp một đánh giá độc lập để giải quyết vấn đề này hoặc cung cấp bằng chứng được tìm kiếm nhiều cho việc khám phá ra vật lý mới.
Mục đích khoa học của thí nghiệm được báo cáo trong số báo ra ngày 13 tháng 10 của tạp chí Physical Review Letters là đo lường trung bình một nơtron tự do sống bên ngoài giới hạn của hạt nhân nguyên tử trong khoảng thời gian bao lâu.