Fyzici robia najpresnejšie meranie životnosti neutrónov na svete

Medzinárodný tím vedcov vytvoril najpresnejšie meranie životnosti neutrónu na svete, ktoré by mohlo pomôcť zodpovedať otázky o ranom vesmíre.

Medzinárodný tím fyzikov vedený výskumníkmi z Indiana University Bloomington oznámil najpresnejšie meranie životnosti neutrónu na svete.

Výsledky tímu, ktoré zahŕňajú vedcov z viac ako 10 národných laboratórií a univerzít v USA a zahraničí, predstavujú viac ako dvojnásobné zlepšenie oproti predchádzajúcim meraniam-s neistotou menšou ako desatinu percenta.

Práca je uvedená v časopise 13. októbra dokument o fyzickej kontrole. Aj o tom bola a informačný brífing naživo Na jesennom stretnutí divízie jadrovej fyziky Americkej fyzikálnej spoločnosti v roku 2021.

„Táto práca stanovuje nový zlatý štandard pre meranie, ktoré má zásadný význam pre otázky, ako je relatívne množstvo prvkov, ktoré boli vytvorené v ranom vesmíre,“ povedal David Baxter, predseda oddelenia IU Bloomington College of Arts a Vedy. Fyzika. „Sme hrdí na dlhodobú úlohu IU ako vedúcej inštitúcie v tejto práci.“

Autormi pridruženými k IU v čase štúdie boli postgraduálni študenti Nathan Callahan, Maria David a Francisco Gonzalez; inžinier Walt Fox; Chen-Yu Liu, Rudy profesor fyziky; vedkyňa výskumu Danielle Salvatová; a mechanický technik John Vanderwerp. (Callahan a Gonzalez sú v súčasnej dobe prepojené s národným laboratóriom Argonne a národným laboratóriom Oak Ridge.) Výskum sa uskutočnil v národnom laboratóriu Los Alamos.

Vedeckým účelom experimentu je zmerať, ako dlho v priemere zostáva voľný neutrón mimo hraníc atómového jadra.

„Proces, pri ktorom sa neutrón ‚rozpadá‘ na protón – s emisiou ľahkého elektrónu a takmer bezhmotného neutrína – je jedným z najfascinujúcejších procesov, ktoré fyzici poznajú,“ povedal Salvat, ktorý viedol experimenty v Los Alamos. je jeden. “ „Úsilie o veľmi presné meranie tejto hodnoty je dôležité, pretože pochopenie presnej životnosti neutrónov môže vrhnúť svetlo na vývoj vesmíru – a tiež umožniť fyzikom objaviť chyby v našom modeli subatomárneho vesmíru známom ako Vieme, ale útočisko“ zatiaľ som nikoho nenašiel. „

Neutróny použité v štúdii sú vyrábané ultra -studeným zdrojom neutrónov v Los Alamos Neutron Science Center v Los Alamos National Lab. Experiment UCNtau zachytáva tieto neutróny, ktorých teplota je znížená na cca. absolútna nula, vo vnútri „vane“ lemovanej asi 4 000 magnetmi. Po čakaní 30 až 90 minút vedci spočítajú neutróny zostávajúce vo vani, pretože sú levitované proti gravitácii silou magnetu.

Unikátny dizajn zachytávača UCNTO umožňuje skladovanie neutrónov viac ako 11 dní, čo je oveľa dlhší čas ako v prípade predchádzajúcich návrhov, čím sa znižuje potreba systematickej korekcie, ktorá môže znížiť výsledky celoživotného merania. Za dva roky vedci štúdie napočítali asi 40 miliónov neutrónov zachytených touto metódou. Tieto snahy boli diplomovou prácou Gonzaleza, ktorý ako postgraduálny študent IU v rokoch 2017 až 2019 v Los Alamos zozbieral údaje a viedol analýzu publikovaných výsledkov.

Salvat uviedol, že výsledky experimentu pomôžu fyzikom potvrdiť alebo vyvrátiť platnosť „matice Kabibo-Kobayashi-Maskawa“, ktorá sa zaoberá subatomárnymi časticami nazývanými kvarky a široko uznávaným „štandardným modelom“ fyziky častíc. Pomôže to tiež fyzikom porozumieť potenciálnej úlohe, ktorú môžu hrať nové myšlienky vo fyzike, ako sú neutróny rozpadajúce sa na temnú hmotu, pri vývoji teórií o vesmíre, a tiež pomôže vysvetliť, prečo Ako vznikli prvé atómové jadrá?

„Základný model, ktorý vysvetľuje rozpad neutrónov, zahŕňa kvarky, ktoré menia svoju identitu, ale lepšie nedávne výpočty naznačujú, že k tomuto procesu nemusí dôjsť tak, ako sa pôvodne predpokladalo,“ povedal Salvat. „Naše nové meranie životnosti neutrónov poskytne nezávislé hodnotenie na riešenie tohto problému alebo poskytne veľa objavných dôkazov pre objav novej fyziky.“

Odkaz: „Vylepšené meranie životnosti neutrónov pomocou UCN“$\mathrm{Čaj}$„FM Gonzalez, EM Fries, C. Quaid-Woods, T. Bailey, M. Blatnick, LJ Broussard, NB Callahan, JH Choi, SM Clayton, SA Curry, M. David, EB Dees, BW Philippone, W. Fox ., P. Geltenbort, E. George, L. Hayen, KP Hickerson, MA Hofbauer, K. Hoffmann, A. Holly, TM Ito, A. Komieves, C.-Y. Liu, M. Makela, CL Morris, R Musedinovic, C. O’Shaughnessy, RW Patty Jr., J. Ramsey, DJ Salvat, A. Saunders, EI Sharapov, S. Slutsky, V. Su, X. Sun, C. Swank, Z. Tang, W. Uhrich, J. Vanderwerp, P. Walstrom, Z. Wang, W. Wei a A. R. Young, 13. októbra 2021, dokument o fyzickej kontrole.
arXiv: 2106,10375