Các nhà vật lý công bố phép đo chính xác nhất thế giới về tuổi thọ của neutron

Các nhà vật lý công bố phép đo chính xác nhất thế giới về tuổi thọ của neutron

Máy dò neutron siêu lạnh hiệu quả cao được sử dụng trong bẫy ‘bồn tắm’. Nhà cung cấp hình ảnh: Phòng thí nghiệm quốc gia Los Alamos / Michael Pierce.

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 thời gian tồn tại của neutron.

Kết quả từ nhóm, bao gồm các nhà khoa học từ hơn 10 phòng thí nghiệm quốc gia và trường đại học ở Hoa Kỳ và nước ngoài, cho thấy sự cải thiện hơn hai lần so với các phép đo trước đó — với độ không đảm bảo đo nhỏ hơn một phần mười phần trăm.

Công việc được báo cáo trong số ra ngày 13 tháng 10 của tạp chí Thư đánh giá vật lý. Nó cũng là chủ đề của một cuộc họp báo trực tiếp tại Cuộc họp mùa thu năm 2021 của Bộ phận Vật lý Hạt nhân của Hiệp hội Vật lý Hoa Kỳ. Một phiên bản in trước của giấy cũng có sẵn.

David Baxter, chủ nhiệm Khoa Khoa học và Nghệ thuật của Đại học IU Bloomington cho biết: “Công trình này đặt ra một tiêu chuẩn vàng mới cho phép đo có tầm quan trọng cơ bản đối với các câu hỏi như mức độ phong phú tương đối của các nguyên tố được tạo ra trong vũ trụ Vật lý học. “Chúng tôi tự hào về vai trò lâu dài của IU với tư cách là tổ chức hàng đầu về công việc 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; Rudy Giáo sư Vật lý Chen-Yu Liu; nhà khoa học nghiên cứu Daniel Salvat; và kỹ thuật viên cơ khí John Vanderwerp. (Callahan 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 giới hạn của 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 đo lường chính xác giá trị này là rất quan trọng bởi vì hiểu được thời gian tồn tại 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 là tồn tại nhưng không ai có. vẫn có thể tìm thấy. “

Các neutron được sử dụng trong nghiên cứu được tạo ra bởi nguồn Ultracold Neutron của Trung tâm Khoa học Neutron Los Alamos tại Phòng thí nghiệm Quốc gia Los Alamos. Thí nghiệm UCNtau chụp các neutron này, có nhiệt độ hạ xuống gần như không độ tuyệt đối, bên trong một “bồn tắm” được lót bằng khoảng 4.000 nam châm. Sau khi đợi từ 30 đến 90 phút, các nhà nghiên cứu đếm số neutron còn sót lại trong bồn khi chúng bị lực nam châm hút lên chống lại lực hấp dẫn.

Thiết kế độc đáo của bẫy UCNtau cho phép lưu giữ neutron trong hơn 11 ngày, thời gian dài hơn đáng kể so với các thiết kế trước đó, giảm thiểu nhu cầu hiệu chỉnh hệ thống có thể làm sai lệch kết quả của các phép đo trong thời gian tồn tại. khoảng 40 triệu neutron bị bắt bằng phương pháp này. Những nỗ lực này là công trình luận án của 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 Cabibbo-Kobayashi-Maskawa”, 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 năng của những ý tưởng mới trong vật lý, chẳng hạn như neutron phân rã thành vật chất tối, có thể đóng vai trò trong các lý thuyết đang phát triển về vũ trụ, cũng như có thể giúp giải thích cách các hạt nhân nguyên tử đầu tiên được hình thành.

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


Thí nghiệm mới lạ đo da neutron trong canxi


Thêm thông tin:
Cải thiện đo tuổi thọ của neutron với UCNτ, Thư đánh giá vật lý (Năm 2021). Journals.aps.org/prl/accepted/… 9630f8de021af1aba78c

Cung cấp bởi Hiệp hội Vật lý Hoa Kỳ

Trích dẫn: Các nhà vật lý công bố phép đo chính xác nhất thế giới về thời gian tồn tại của neutron (năm 2021, ngày 12 tháng 10) được truy xuất ngày 12 tháng 10 năm 2021 từ https://phys.org/news/2021-10-physicists-world-precise-neutron-lifetime.html

Tai liệu nay la chủ thể để co quyên tac giả. Ngoài bất kỳ giao dịch công bằng nào cho mục đích học tập hoặc nghiên cứu cá nhân, không có phần nào được phép sao chép mà không có sự cho phép bằng văn bản. Nội dung được cung cấp chỉ phục vụ cho mục đích thông tin.

Bạn cũng có thể thích

Menu