Учёные оценили время жизни одиночного нейтрона
16.11.2021, 08:58 Физики показали, что время жизни одиночного нейтрона составляет 887 секунд. Это знание поможет ученым понять, какие процессы происходили на самых ранних стадиях эволюции Вселенной.
Физики вычислили период полураспада свободного нейтрона. Как это знание поможет заглянуть вглубь истории Вселенной?
Когда мы смотрим в ночное небо, то видим Вселенную такой, какой она была в прошлом. Раньше она была теплее и плотнее, чем сейчас. А если посмотреть достаточно глубоко, мы увидим остаток Большого взрыва — космический микроволновый фон. С нашей точки зрения, это предел наблюдаемой Вселенной. Он возник в то время, когда возраст Вселенной составлял уже около 380 000 лет. Мы не можем напрямую наблюдать, что происходило раньше.
Большая часть раннего периода истории Вселенной достаточно хорошо изучена на основе известных нам законов физики, но самое начало Большого взрыва всё ещё остаются загадкой для учёных. Согласно стандартной модели, в свои самые первые мгновения Вселенная была настолько горячей и плотной, что даже фундаментальные взаимодействия там действовали иначе, чем сейчас. Чтобы лучше понять Большой взрыв, нужно начать с понимания этих взаимодействий. Всего их четыре — сильное, слабое, гравитационное и электромагнитное.
Слабое взаимодействие понять сложнее всего. В отличие от гравитации и электромагнетизма, с которыми мы сталкиваемся каждый день в быту, слабое взаимодействие проявляется в основном через радиоактивные распады, поэтому изучать его мы можем только путем измерения скорости распада. Но всё не так просто, если говорить о нейтронах.
Вместе с протонами нейтроны составляют ядра атомов. Внутри атомного ядра нейтроны чрезвычайно стабильны. Но когда нейтрон остается в одиночестве, он распадается в считанные минуты. Традиционно физики выделяют две величины — период полураспада (время, в течение которого нейтрон имеет шансы распасться примерно 50%) и время жизни нейтрона. Технически, они связаны.
Существует несколько способов измерения периода полураспада нейтронов — например, измерение в пучке нейтронов. Один из лучших методов — охлаждение этих частиц и удержание их в магнитной ловушке. Всё бы хорошо, но эти методы дают разные результаты для периода полураспада.
Метод пучка дает время жизни свободного нейтрона 888 секунд, а метод улавливания — 879 секунд. Вероятно, в методах есть какая-то систематическая ошибка, однако это не меняет факта, что полученное расхождение представляет собой проблему для фундаментальной физики. Этим и ценно проведенное исследование — учёным удалось измерить период полураспада свободного нейтрона третьим способом — с помощью космического аппарата, вращающегося вокруг Луны.
Безвоздушная поверхность Луны постоянно подвергается бомбардировке космическими лучами. Иногда космический луч выбивает нейтрон с лунной поверхности. Когда нейтрон удаляется от Луны, у него есть шанс распасться.
Команда учёных использовала спутник NASA Lunar Prospector для подсчета количества нейтронов на разных высотах орбиты. Исходя из этого, они рассчитали время жизни нейтрона, равное 887 секундам. Правда, результат всё ещё недостаточно точен для решения проблемы, но он показывает перспективы использования космических аппаратов для получения очень точных результатов в физических экспериментах.
Препринт исследования опубликован на сайте arxiv.org.
Физики вычислили период полураспада свободного нейтрона. Как это знание поможет заглянуть вглубь истории Вселенной?
Когда мы смотрим в ночное небо, то видим Вселенную такой, какой она была в прошлом. Раньше она была теплее и плотнее, чем сейчас. А если посмотреть достаточно глубоко, мы увидим остаток Большого взрыва — космический микроволновый фон. С нашей точки зрения, это предел наблюдаемой Вселенной. Он возник в то время, когда возраст Вселенной составлял уже около 380 000 лет. Мы не можем напрямую наблюдать, что происходило раньше.
Большая часть раннего периода истории Вселенной достаточно хорошо изучена на основе известных нам законов физики, но самое начало Большого взрыва всё ещё остаются загадкой для учёных. Согласно стандартной модели, в свои самые первые мгновения Вселенная была настолько горячей и плотной, что даже фундаментальные взаимодействия там действовали иначе, чем сейчас. Чтобы лучше понять Большой взрыв, нужно начать с понимания этих взаимодействий. Всего их четыре — сильное, слабое, гравитационное и электромагнитное.
Слабое взаимодействие понять сложнее всего. В отличие от гравитации и электромагнетизма, с которыми мы сталкиваемся каждый день в быту, слабое взаимодействие проявляется в основном через радиоактивные распады, поэтому изучать его мы можем только путем измерения скорости распада. Но всё не так просто, если говорить о нейтронах.
Вместе с протонами нейтроны составляют ядра атомов. Внутри атомного ядра нейтроны чрезвычайно стабильны. Но когда нейтрон остается в одиночестве, он распадается в считанные минуты. Традиционно физики выделяют две величины — период полураспада (время, в течение которого нейтрон имеет шансы распасться примерно 50%) и время жизни нейтрона. Технически, они связаны.
Существует несколько способов измерения периода полураспада нейтронов — например, измерение в пучке нейтронов. Один из лучших методов — охлаждение этих частиц и удержание их в магнитной ловушке. Всё бы хорошо, но эти методы дают разные результаты для периода полураспада.
Метод пучка дает время жизни свободного нейтрона 888 секунд, а метод улавливания — 879 секунд. Вероятно, в методах есть какая-то систематическая ошибка, однако это не меняет факта, что полученное расхождение представляет собой проблему для фундаментальной физики. Этим и ценно проведенное исследование — учёным удалось измерить период полураспада свободного нейтрона третьим способом — с помощью космического аппарата, вращающегося вокруг Луны.
Безвоздушная поверхность Луны постоянно подвергается бомбардировке космическими лучами. Иногда космический луч выбивает нейтрон с лунной поверхности. Когда нейтрон удаляется от Луны, у него есть шанс распасться.
Команда учёных использовала спутник NASA Lunar Prospector для подсчета количества нейтронов на разных высотах орбиты. Исходя из этого, они рассчитали время жизни нейтрона, равное 887 секундам. Правда, результат всё ещё недостаточно точен для решения проблемы, но он показывает перспективы использования космических аппаратов для получения очень точных результатов в физических экспериментах.
Препринт исследования опубликован на сайте arxiv.org.
Ещё новости по теме:
18:20