Физики смогли измерить продолжительность жизни нейтронов

Теперь ученые знают 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. Это имеет значение для понимания того, как первая материя во Вселенной была создана из протонов и нейтронов в считанные минуты после Большого взрыва.

Исследование было опубликовано в Physical Review Letters и доступно на arXiv.

«Процесс, посредством которого нейтрон «распадается» на протон - с испусканием легкого электрона и почти безмассового нейтрино - 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, которые, как мы знаем, существуют, но никто не знает пока не удалось найти», - сказал физик-ядерщик Дэниел Сальват из Университета Индианы в Блумингтоне.

Исследование проводилось в Национальном научном центре Лос-Аламоса, где проводится специальный эксперимент только для того, чтобы попытаться измерить продолжительность жизни нейтронов. Он называется проектом UCNtau и включает в себя ультрахолодные нейтроны (UCN), хранящиеся в магнито-гравитационной ловушке.

Нейтроны охлаждаются почти до абсолютного нуля и помещаются в ловушку, камеру в форме чаши, заполненную тысячами постоянных магнитов, которые левитируют нейтроны внутри вакуумной рубашки. Магнитное поле предотвращает деполяризацию нейтронов и, в сочетании с гравитацией, удерживает нейтроны от выхода. 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 исследователей, эта продолжительность жизни составляет около 877,75 ± 0,28 секунды (14 минут 38 секунд).

После Большого взрыва все произошло относительно быстро. В самые первые моменты 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 именно роль распадающиеся нейтроны играют в образовании загадочной массы во Вселенной, известной как темная материя. Данная информация может помочь проверить обоснованность так называемой матрицы Кабиббо-Кобаяши-Маскавы, которая помогает объяснить поведение кварков в соответствии со Стандартной моделью физики», - говорят исследователи.

«Основная модель, объясняющая распад нейтрона, предполагает, что кварки меняют свою идентичность, но недавно улучшенные расчеты показывают, что этот процесс может произойти не так, как предсказывалось ранее. Наше новое измерение времени жизни нейтрона предоставит независимую оценку для решения этой проблемы или предоставит столь разыскиваемые доказательства открытия новой физики», - сказал Сальват.

Ранее Курсор писал, что ученые разгадали многовековую тайну физики. Исследователи Техниона нашли эффективное решение известной проблемы трех тел в физике.

Физики разгадали загадочную тайну нанонауки. Команда физиков раскрыла загадку загадочного явления в области нанонауки: почему некоторые сверхмалые источники тепла остывают быстрее, если поместить их ближе друг к другу.

Курсор писал, что физики впервые создали «атомный торнадо». Ученые создали первый в мире атомный вихревой пучок — закрученный смерч из атомов и молекул с загадочными свойствами, которые еще предстоит понять.

Курсор также сообщал, что физики открыли новый электронный феномен. Исследователи-физики из лаборатории Atomic LEGO Университета Северной Флориды обнаружили новое электронное явление, которое они назвали «асимметричным сегнетоэлектричеством».

Физики впервые подтвердили одну из теорий Стивена Хокинга о черных дырах. Физики впервые экспериментально подтвердили одну из теорий Стивена Хокинга о черных дырах. Теорема Хокинга предсказала, что площадь горизонта событий черной дыры никогда не может уменьшиться.

Кроме этого, физики доказали существование мнимой части квантовой механики. Международная исследовательская группа доказала, что мнимую часть квантовой механики можно наблюдать в действии в реальном мире.

Искусственный интеллект смог решить уравнение Шредингера. Уравнение Шредингера — основное уравнение нерелятивистской квантовой механики, описывающее динамику частиц.

Ранее Курсор писал, что израильские ученые решили старейшую проблему физики. Ученые Еврейского Университета в Иерусалиме во главе с профессором Бараком Колом смогли выяснить, как можно предсказать поведение системы из трех тел, обойдя существенные недостатки сегодняшних методов.

Физики сомневаются в существующей теории расширения Вселенной. Более 20 лет назад стало известно, что расширение Вселенной ускоряется, но физика этого процесса остается загадкой. Однако до сих пор не существует единого физического объяснения этого процесса.

Курсор сообщал, что на Большом адронном коллайдере нашли новую частицу. Ученые впервые обнаружили экзотическую частицу, состоящую из четырех очарованных кварков.

Эксперименты на Большом адронном коллайдере обнаружили отклонения от Стандартной модели.

Ранее Курсор писал, что ученые измерили самую короткую единицу времени, а CERN одобрила план постройки нового огромного адронного коллайдера.

Напомним Курсор сообщал о том, что ученые открыли новое состояние материи.