Физиците са направили най -точното измерване на възрастта на неутрон в света

Високоефективен ултрастуден детектор на неутрони, използван в капана за „вана“. Кредит: Национална лаборатория в Лос Аламос/Майкъл Пиърс

Международен екип от изследователи направи най -точното измерване на възрастта на неутрон в света, което може да помогне за отговорите на въпросите за ранната Вселена.

Международен екип от физици, ръководен от изследователи от университета в Индиана Блумингтън, обяви най -точното измерване на възрастта на неутрон в света.

Констатациите на екипа, който включва учени от повече от 10 национални лаборатории и университети в САЩ и чужбина, представляват повече от двойно подобрение спрямо предишните измервания-с несигурност по-малка от десета от процента.

Работата е публикувана в броя на списанието от 13 октомври съобщения за физически преглед. също беше обект на а Брифинг на новини на живо На есенната среща на отдела за ядрена физика на Американското физическо общество през 2021 г.

каза Дейвид Бакстър, президент на катедрата по физика на IU Bloomington College of Arts and Sciences. „Гордеем се с дългогодишната роля на IU като пионер в този бизнес.“

Авторите, свързани с IU по време на изследването, са аспиранти Нейтън Калахан, Мария Давид и Франсиско Гонсалес. Инженер Уолт Фокс. Професор по физика Руди Чен Ю Лю; Изследовател Даниел Салват. и механичен техник Джон Вандерверп. (Калахан и Гонсалес в момента са свързани с Националната лаборатория Аргон и Националната лаборатория Оук Ридж.) Изследването е проведено в Националната лаборатория в Лос Аламос.

Научната цел на експеримента е да се измери колко дълго един свободен неутрон живее средно извън границите на атомните ядра.

„Процесът, при който неутрон“ се разпада „в протон – с излъчването на лек електрон и почти безмасово неутрино – е един от най -завладяващите процеси, познати на физиците“, казва Салват, който ръководи експериментите в Лос Аламос. „Усилията за точно измерване на тази стойност са важни, защото разбирането на точната възраст на неутрона може да хвърли светлина върху развитието на Вселената – както и да позволи на физиците да открият недостатъци в нашия модел на субатомната вселена, за които знаем, че съществуват, но никой няма все още успях да намеря. върху нея „.

Неутроните, използвани в изследването, се произвеждат от Научния център за ултра студени неутрони в Лос Аламос в Националната лаборатория в Лос Аламос. Експериментът UCNtau улавя тези неутрони, чиято температура пада почти абсолютна нулаВътре във вана, заобиколена от 4000 магнита. След като изчакаха 30 до 90 минути, изследователите преброяват останалите неутрони в басейна, докато те се издигат срещу гравитацията със силата на магнита.

Уникалният дизайн на капана на UCNtau позволява на неутроните да се съхраняват повече от 11 дни, много по -дълго от предишните проекти, намалявайки необходимостта от системни корекции, които могат да изкривят резултатите от измерванията през целия живот. В продължение на две години изследователите преброиха близо 40 милиона неутрони, уловени с помощта на този метод. Тези усилия бяха теза на Гонсалес, който събира данни в Лос Аламос като студент от IU от 2017 до 2019 г. и ръководи анализа на публикувания резултат.

Салват каза, че резултатите от експеримента ще помогнат на физиците да потвърдят или отрекат валидността на „матрицата Кабибо-Кобаяши-Маскуа“, която се отнася до субатомни частици, наречени кварки, и играе важна роля в широко приетия „стандартен модел“ на физиката на частиците. Това също ще помогне на физиците да разберат потенциалната роля, която новите идеи във физиката, като разпадането на неутроните в тъмната материя, могат да играят в развитието на теориите за Вселената, както и може би ще помогне да се обясни как са се образували първите атомни ядра.

„Основният модел, обясняващ разпадането на неутроните, включва кварци, променящи тяхната идентичност, но наскоро подобрените изчисления показват, че този процес може да не се случи, както се очакваше по -рано“, каза Салват. „Нашето ново измерване на живота на неутроните ще осигури независима оценка за разрешаване на този проблем или ще даде много търсени доказателства за откриването на нова физика.“

Справка: „Подобрено измерване на живота на неутроните с помощта на UCN$\mathrm{NS}$От Ф. М. Гонзалес, Е. М. Фрайс, К. Кюд-Уудс, Т. Бейли, М. Блатник, Л. Дж. Брусард, Н. Б. Калахан, Дж. Х. Чой, С. М. Клейтън, С. А. Кюри, М. Дауид, Е. Б. Дийс, Б. В. Филипоне, У. Фокс Вю резюме: 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 и R-Young, 13 октомври 2021 г., достъпно тук. съобщения за физически преглед.
arXiv: 2106.10375