Рейтинг@Mail.ru
Поиск
x
Наука

Продолжительность жизни нейтрона вне ядра атома определили с точностью до десятых долей процента

National Geographic Россия
13 октября 2021
Это знание поможет понять, какую роль распадающиеся нейтроны играют в образовании темной материи.

Ученые выяснили с точностью до десятых долей процента, как долго нейтрон может выжить вне ядра атома, прежде чем распадется на протон. Это наиболее точное измерение продолжительности жизни этих элементарных частиц, которое более чем вдвое превосходит предыдущие измерения. Исследование имеет значение для нашего понимания того, как была создана первая материя во Вселенной из супа протонов и нейтронов в считанные минуты после Большого взрыва.

«Процесс, посредством которого нейтрон распадается на протон, электрон и антинейтрино, является одним из самых увлекательных процессов, известных физикам. Усилия по очень точному измерению этого значения важны, потому что понимание точного времени жизни нейтрона может пролить свет на то, как развивалась Вселенная, а также позволить физикам обнаружить недостатки в нашей модели субатомной Вселенной», — Дэниел Сальват, соавтор исследования из Университета Индианы в Блумингтоне.

Исследование проводилось в Лос-Аламосской национальной лаборатории, где состоялся специальный эксперимент в попытке измерить продолжительность жизни нейтронов. Этот проект получил название UCNtau и включил в себя ультрахолодные нейтроны (UCN), хранящиеся в магнито-гравитационной ловушке.

Нейтроны охлаждались почти до абсолютного нуля и помещались в ловушку, камеру в форме чаши, заполненную тысячами постоянных магнитов, которые заставляли нейтроны левитировать внутри вакуумной рубашки. Магнитное поле предотвращало деполяризацию нейтронов и, в сочетании с гравитацией, удерживало их. Такая конструкция позволяет хранить нейтроны до 11 дней.

Исследователи хранили нейтроны в ловушке UCNtau от 30 до 90 минут, а затем подсчитали количество оставшихся частиц по истечении отведенного времени. В ходе повторных экспериментов, проведенных между 2017 и 2019 годами, они насчитали более 40 миллионов нейтронов, получив достаточно статистических данных, чтобы определить продолжительность жизни частиц с максимальной точностью.

Согласно анализу команды, продолжительность жизни нейтронов составляет около 877,75 ± 0,28 секунды (14 минут 38 секунд). Уточненные измерения могут помочь наложить важные физические ограничения на Вселенную, включая образование материи и темной материи, пишут исследователи.

После Большого взрыва горячая сверхплотная материя, заполнившая Вселенную, охладилась до кварков и электронов. Всего через миллионные доли секунды кварки слились в протоны и нейтроны.

Знание продолжительности жизни нейтрона может помочь физикам понять, какую роль распадающиеся нейтроны играют в образовании загадочной массы во Вселенной, известной как темная материя. Эта информация также может помочь проверить обоснованность так называемой матрицы Кабиббо-Кобаяси-Маскавы, которая помогает объяснить поведение кварков в соответствии со Стандартной моделью физики, говорят исследователи.

рекомендации
Планета Земля

Три космостанции отходов и другие причины выбрать товары с экомаркировкой

Горы

Восхождение на Килиманджаро: самое интересное приключение в Африке

Фотоаппарат generic icon

Как прошел наш фототур в Дагестан