Một nhóm các nhà nghiên cứu quốc tế đã thực hiện phép đo chính xác nhất thế giới về tuổi của neutron, có thể giúp trả lời các câu hỏi về vũ trụ sơ khai.

Một nhóm các nhà vật lý quốc tế do các nhà nghiên cứu tại Đại học Indiana Bloomington dẫn đầu đã công bố phép đo chính xác nhất thế giới về tuổi của một neutron.

Các phát hiện của nhóm, bao gồm các nhà khoa học từ hơn 10 phòng thí nghiệm quốc gia và trường đại học ở Mỹ và nước ngoài, thể hiện sự cải thiện hơn hai lần so với các phép đo trước đó – với độ không đảm bảo đo dưới 1/10 phần trăm.

Tác phẩm được đăng trên tạp chí số ra ngày 13 tháng 10 tin nhắn đánh giá vật lý. cũng là chủ đề của một Tóm tắt tin tức trực tiếp Tại cuộc họp mùa thu năm 2021 của Ban Vật lý Hạt nhân của Hiệp hội Vật lý Hoa Kỳ.

David Baxter, chủ tịch Khoa Vật lý của Đại học Khoa học và Nghệ thuật IU Bloomington cho biết. “Chúng tôi tự hào về vai trò tiên phong lâu dài của IU trong lĩnh vực kinh doanh này.”

Các tác giả liên kết với IU tại thời điểm nghiên cứu là các nghiên cứu sinh Nathan Callahan, Maria Dawid và Francisco Gonzalez. Kỹ sư Walt Fox. Giáo sư Vật lý Rudy Chen Yu Liu; Nhà khoa học nghiên cứu Daniel Salvat. và kỹ thuật viên cơ khí John Vanderwerp. (Callaghan và Gonzalez hiện đang liên kết với Phòng thí nghiệm Quốc gia Argonne và Phòng thí nghiệm Quốc gia Oak Ridge.) Nghiên cứu được thực hiện tại Phòng thí nghiệm Quốc gia Los Alamos.

Mục đích khoa học của thí nghiệm là đo lường thời gian trung bình một nơtron tự do sống bên ngoài ranh giới của các hạt nhân nguyên tử.

Salvat, người dẫn đầu các thí nghiệm tại Los Alamos, cho biết: “Quá trình một neutron ‘phân rã’ thành một proton – với sự phát xạ của một electron nhẹ và một neutrino gần như không khối lượng – là một trong những quá trình hấp dẫn nhất mà các nhà vật lý biết đến”. “Nỗ lực để đo lường chính xác giá trị này là rất quan trọng bởi vì hiểu được tuổi 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 có tồn tại nhưng không ai có. vẫn có thể tìm thấy trên cô ấy ”.

Các neutron được sử dụng trong nghiên cứu được sản xuất bởi Trung tâm Khoa học Los Alamos Ultracold Neutron tại Phòng thí nghiệm Quốc gia Los Alamos. Thí nghiệm UCNtau đã bắt được các nơtron này, nhiệt độ của chúng giảm xuống gần bằng không tuyệt đốiBên trong một bồn tắm được bao quanh bởi 4.000 nam châm. Sau khi đợi từ 30 đến 90 phút, các nhà nghiên cứu đếm số neutron còn lại trong bồn khi chúng tăng lên chống lại lực hấp dẫn với lực của nam châm.

Thiết kế độc đáo của bẫy UCNtau cho phép lưu giữ neutron trong hơn 11 ngày, lâu hơn nhiều so với các thiết kế trước đây, giảm nhu cầu hiệu chỉnh hệ thống có thể làm sai lệch kết quả của các phép đo suốt đời. Trong suốt hai năm, các nhà nghiên cứu đã đếm được gần 40 triệu neutron bị bắt bằng phương pháp này. Những nỗ lực đó là công việc luận văn cho Gonzalez, người đã thu thập dữ liệu tại Los Alamos với tư cách là một sinh viên tốt nghiệp IU từ năm 2017 đến năm 2019, và dẫn đầu phân tích kết quả được công bố.

Salvat cho biết kết quả thí nghiệm sẽ giúp các nhà vật lý xác nhận hoặc phủ nhận tính hợp lệ của “Ma trận Kabibo-Kobayashi-Maskua”, liên quan đến các hạt hạ nguyên tử được gọi là quark và đóng một vai trò quan trọng trong “Mô hình chuẩn” được chấp nhận rộng rãi của vật lý hạt. Nó cũng sẽ giúp các nhà vật lý hiểu được vai trò tiềm tàng của những ý tưởng mới trong vật lý, chẳng hạn như sự phân rã của neutron thành vật chất tối, có thể đóng vai trò gì trong sự phát triển các lý thuyết về vũ trụ, cũng như có thể giúp giải thích cách các hạt nhân nguyên tử đầu tiên hình thành.

“Mô hình cơ bản giải thích sự phân rã của neutron liên quan đến việc các quark thay đổi danh tính của chúng, nhưng các tính toán được cải thiện gần đây chỉ ra rằng quá trình này có thể không xảy ra như mong đợi trước đây”, Salvat nói. “Phép đo mới của chúng tôi về thời gian tồn tại của neutron sẽ cung cấp một đánh giá độc lập để giải quyết vấn đề này, hoặc cung cấp bằng chứng được nhiều người tìm kiếm cho việc khám phá ra vật lý mới.”

Tham khảo: “Đo tuổi thọ neutron nâng cao bằng UCN$\mathrm{NS}$Bởi F.M. Gonzalez, E.M. Fries, C. Cude-Woods, T. Bailey, M. Blatnik, L.J. Broussard, N.B. Callahan, J.H. Choi, S.M. Clayton, S.A. Currie, M. Dawid, E.B. Dees, B.W. Filippone, W. Fox View trừu tượng. 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 và R-Young, ngày 13 tháng 10 năm 2021, Có sẵn tại đây. tin nhắn đánh giá vật lý.
arXiv: 2106.10375