Wysokowydajny detektor ultrazimnych neutronów stosowany w pułapce „wannowej”. Źródło: Laboratorium Narodowe Los Alamos/Michael Pierce
Międzynarodowy zespół naukowców dokonał najdokładniejszego na świecie pomiaru wieku neutronu, co może pomóc odpowiedzieć na pytania dotyczące wczesnego Wszechświata.
Międzynarodowy zespół fizyków kierowany przez naukowców z Indiana University Bloomington ogłosił najdokładniejszy na świecie pomiar wieku neutronu.
Odkrycia zespołu, w skład którego wchodzą naukowcy z ponad 10 krajowych laboratoriów i uniwersytetów w USA i za granicą, stanowią ponad dwukrotną poprawę w stosunku do poprzednich pomiarów – z niepewnością mniejszą niż jedna dziesiąta procenta.
Praca została opublikowana w numerze magazynu z 13 października fizyczne wiadomości przeglądowe. był również tematem Odprawa na żywo Na jesiennym posiedzeniu w 2021 r. Wydział Fizyki Jądrowej Amerykańskiego Towarzystwa Fizycznego.
powiedział David Baxter, prezes Wydziału Fizyki IU Bloomington College of Arts and Sciences. „Jesteśmy dumni z wieloletniej roli IU jako pioniera w tej branży”.
Autorami zrzeszonymi w IU w czasie badania byli doktoranci Nathan Callahan, Maria Dawid i Francisco Gonzalez. Inżynier Walt Fox. profesor fizyki Rudy Chen Yu Liu; Naukowiec Daniel Salvat. i technik mechanik John Vanderwerp. (Callaghan i Gonzalez są obecnie związani odpowiednio z Argonne National Laboratory i Oak Ridge National Laboratory.) Badania przeprowadzono w Narodowym Laboratorium Los Alamos.
Naukowym celem eksperymentu jest zmierzenie, jak długo wolny neutron żyje przeciętnie poza granicami jąder atomowych.
„Proces, w którym neutron rozpada się na proton – z emisją lekkiego elektronu i prawie bezmasowego neutrina – jest jednym z najbardziej fascynujących procesów znanych fizykom” – powiedział Salvat, który kierował eksperymentami w Los Alamos. „Wysiłek, aby precyzyjnie zmierzyć tę wartość jest ważny, ponieważ zrozumienie dokładnego wieku neutronu może rzucić światło na ewolucję wszechświata – a także pozwolić fizykom na odkrycie wad naszego modelu wszechświata subatomowego, o którym wiemy, że istnieje, ale nikt go nie znał. jeszcze udało się znaleźć. na niej”.
Neutrony użyte w badaniu zostały wyprodukowane przez Centrum Nauki Ultrazimnych Neutronów Los Alamos w Los Alamos National Laboratory. Eksperyment UCNtau uchwycił te neutrony, których temperatura spada do prawie zero absolutneWewnątrz wanny otoczonej 4000 magnesami. Po odczekaniu od 30 do 90 minut naukowcy liczą pozostałe neutrony w basenie, wznoszące się wbrew grawitacji pod wpływem siły magnesu.
Unikalna konstrukcja pułapki UCNtau pozwala na przechowywanie neutronów przez ponad 11 dni, znacznie dłużej niż poprzednie konstrukcje, zmniejszając potrzebę systematycznych poprawek, które mogą wypaczyć wyniki pomiarów czasu życia. W ciągu dwóch lat badacze policzyli prawie 40 milionów neutronów wychwyconych tą metodą. Wysiłki te były pracą doktorską dla Gonzaleza, który jako absolwent IU zbierał dane w Los Alamos w latach 2017-2019 i prowadził analizę opublikowanych wyników.
Salvat powiedział, że wyniki eksperymentu pomogą fizykom potwierdzić lub zaprzeczyć słuszności „macierzy Kabibo-Kobayashi-Maskua”, która odnosi się do cząstek subatomowych zwanych kwarkami i odgrywa ważną rolę w powszechnie akceptowanym „Modelu Standardowym” fizyki cząstek elementarnych. Pomoże to również fizykom zrozumieć potencjalną rolę, jaką nowe idee w fizyce, takie jak rozpad neutronów na ciemną materię, mogą odgrywać w rozwoju teorii o wszechświecie, a także być może pomóc wyjaśnić, w jaki sposób powstały pierwsze jądra atomowe.
„Podstawowy model wyjaśniający rozpad neutronów obejmuje zmianę tożsamości kwarków, ale ostatnio ulepszone obliczenia wskazują, że proces ten może nie zachodzić tak, jak wcześniej oczekiwano” – powiedział Salvat. „Nasz nowy pomiar czasu życia neutronów zapewni niezależną ocenę rozwiązania tego problemu lub dostarczy bardzo poszukiwanych dowodów na odkrycie nowej fizyki”.
Odniesienie: „Pomiar czasu życia neutronów wzmocniony przy użyciu UCNNSF.M. Gonzalez, EM Fries, C. Cude-Woods, T. Bailey, M. Blatnik, LJ Broussard, N.B. Callahan, JH Choi, SM Clayton, SA Currie, M. Dawid, EB Dees, BW Fox View, W. Filippone streszczenie: 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 i R-Young, 13 października 2021 r., Dostępne tutaj. fizyczne wiadomości przeglądowe.
arXiv: 2106.10375
„Podróżujący ninja. Rozrabiaka. Badacz bekonów. Ekspert od ekstremalnych alkoholi. Obrońca zombie.”
