Los físicos han realizado la medición más precisa de la vida de los neutrones en el mundo.

Detector de neutrones ultralimpio de alta eficiencia que trabaja en la trampa del «baño». Préstamo: Laboratorio Nacional de Los Alamos / Michael Pierce

Un equipo internacional de investigadores ha realizado la medición más precisa de la vida de los neutrones en el mundo, lo que puede ayudar a responder preguntas sobre el universo primitivo.

Un equipo internacional de físicos dirigido por investigadores de la Universidad de Indiana en Bloomington ha anunciado la medición más precisa de la vida de los neutrones en el mundo.

Los resultados del equipo, que incluye a científicos de más de 10 laboratorios nacionales y universidades de Estados Unidos, más del doble de las mediciones anteriores, menos de una décima parte de la incertidumbre.

El trabajo aparece en la edición del 13 de octubre de la revista. Cartas de revisión física. Ese era el tema resumen de noticias en vivo Reunión de otoño de 2021 de la American Physical Society of Nuclear Physics.

«Este trabajo establece un nuevo estándar de oro para la medición que es fundamental para cuestiones como la relativa abundancia de elementos creados en el universo temprano», dijo David Baxter, del IU Bloomington College of Arts and Science College del Departamento de Física. «Estamos orgullosos del antiguo papel de IU como institución líder en este campo».

Los autores del estudio en la UC fueron los estudiantes de posgrado Nathan Callahan, María David և Francisco González; ingeniero Walt Fox; El profesor de física Rudy Chen Yu Liu; el científico investigador Daniel Salvat; ոն Técnico mecánico John von Vanderwerp. (Callahan և Gonz ալ lez está actualmente afiliado al Laboratorio Nacional Argonne y al Laboratorio Nacional Oak Ridge.) El estudio se realizó en el Laboratorio Nacional de Los Alamos.

El objetivo científico del experimento es medir cuánto tiempo vive el neutrón libre promedio fuera del núcleo de un núcleo atómico.

«El proceso por el cual un neutrón ‘se descompone’ en un protón por emisión de electrones de luz es casi uno de los procesos más interesantes conocidos por los físicos», dijo Salvat, quien dirigió los experimentos en Los Alamos. «Los esfuerzos para medir este valor con mucha precisión son significativos, ya que el conocimiento de la vida exacta de un neutrón puede arrojar luz sobre el caballo evolutivo del universo, así como permitir a los físicos descubrir fallas en nuestro modelo de nuestro universo subatómico que sabemos que existe. pero nadie más lo ha hecho. «: Todavía puedo encontrarlo «.

Los neutrones utilizados en el estudio fueron producidos por una fuente de neutrones ultrafríos del Laboratorio Nacional de Los Alamos en el Centro de Ciencias de Neutrones de Los Alamos. El experimento UCNtau captura estos neutrones, cuya temperatura es casi reducida cero absoluto, dentro del «baño» cubierto con unos 4000 imanes. Después de esperar entre 30 y 90 minutos, los científicos cuentan los neutrones que sobreviven en el baño, ya que son atraídos por la gravedad contra la gravedad.

El diseño de trampa único de UCNtau permite que los neutrones se almacenen durante más de 11 días, lo que es significativamente más largo que los diseños anteriores, lo que minimiza la necesidad de correcciones sistemáticas que pueden distorsionar los resultados de las mediciones de vida. En dos años, los investigadores estimaron alrededor de 40 millones de neutrones capturados por este método. Estos esfuerzos fueron el trabajo de tesis de González, que recopiló datos en Los Álamos como estudiante de doctorado de IU en 2017-2019, y lideró el análisis de los resultados publicados.

Salvat dijo que los resultados del experimento ayudarían a los físicos a confirmar o refutar la validez de la matriz Kabibbo-Kobayashi-Maskava, que se refiere a partículas subatómicas llamadas quarks, que pueden desempeñar un papel en el «modelo estándar» ampliamente aceptado de la física de partículas. También ayudará a los físicos a comprender el papel potencial que las nuevas ideas en física, como la desintegración de los neutrones en la materia oscura, pueden desempeñar en el desarrollo de teorías sobre el universo, así como cómo se formaron los primeros núcleos atómicos.

«El modelo subyacente para la desintegración de neutrones sugiere que los quarks están cambiando sus identidades, pero los cálculos mejorados recientes sugieren que este proceso puede no ser tan predecible como se pensaba anteriormente», dijo Salvat. «Nuestra nueva medición de la vida de los neutrones proporcionará una evaluación independiente para abordar este problema, o proporcionará evidencia muy necesaria para el descubrimiento de nueva física».

Referencia. «Medición mejorada de la vida de los neutrones por UCN$\mathrm{t:}$”FM González, EM Fries, C. Cude-Woods, T. Bailey, M. Blatnik, LJ Broussard, NB Callahan, JH Choi, SM Clayton, SA Currie, M. Dawid, EB Dees, BW Filippone, W. Fox, P. Geltenbort, E. George, L. Hayen, KP Hickerson, MA Hoffbauer, K. Hoffman, AT Holley, TM Ito, A. Komives, C.-Y. Liu, M. Macella, CL Morris, R.; Musedinovich, C. O’Shaughnessy, RW Pattie Jr., J. Ramsey, DJ Salvat, A. Saunders, EI Sharapov, S. Slutsky, V. Su, X. Sun, C. Swank, Z. Tang, W. Uhrich , J. Vanderwerp, P. Walstrom, Z. Wang, W. Wei y AR Young, 13 de octubre de 2021, Cartas de revisión física.
arXiv: 2106.10375: