Os físicos fizeram a medição mais precisa do mundo da idade de um nêutron

Um detector de nêutrons ultrafrios de alta eficiência usado em uma armadilha de “banheira”. Crédito: Laboratório Nacional de Los Alamos / Michael Pierce

Uma equipe internacional de pesquisadores fez a medição mais precisa do mundo da idade de um nêutron, o que pode ajudar a responder a perguntas sobre o universo primitivo.

Uma equipe internacional de físicos liderada por pesquisadores da Indiana University Bloomington anunciou a medição mais precisa do mundo da idade de um nêutron.

As descobertas da equipe, que inclui cientistas de mais de 10 laboratórios nacionais e universidades nos Estados Unidos e no exterior, representam uma melhoria de mais de duas vezes em relação às medições anteriores – com uma incerteza de menos de um décimo de um por cento.

O trabalho foi publicado na edição de 13 de outubro da revista. mensagens de revisão física. também foi o assunto de um Briefing de notícias ao vivo Na reunião de outono de 2021 da Divisão de Física Nuclear da Sociedade Física Americana.

disse David Baxter, presidente do Departamento de Física do IU Bloomington College of Arts and Sciences. “Estamos orgulhosos do papel de longa data da IU como pioneira neste negócio.”

Os autores afiliados à IU na época do estudo eram alunos de graduação Nathan Callahan, Maria Dawid e Francisco Gonzalez. Engenheiro Walt Fox. Professor de Física Rudy Chen Yu Liu; Cientista pesquisador Daniel Salvat. e o técnico mecânico John Vanderwerp. (Callaghan e Gonzalez são atualmente afiliados ao Argonne National Laboratory e Oak Ridge National Laboratory, respectivamente.) A pesquisa foi conduzida no Laboratório Nacional de Los Alamos.

O objetivo científico do experimento é medir quanto tempo um nêutron livre vive, em média, fora dos limites dos núcleos atômicos.

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“O processo pelo qual um nêutron ‘decai’ em um próton – com a emissão de um elétron leve e um neutrino quase sem massa – é um dos processos mais fascinantes conhecidos pelos físicos”, disse Salvat, que liderou os experimentos em Los Alamos. “O esforço para medir com precisão esse valor é importante porque entender a idade exata do nêutron pode lançar luz sobre como o universo evoluiu – bem como permitir que os físicos descubram falhas em nosso modelo do universo subatômico que sabemos que existem, mas ninguém tem ainda foi capaz de encontrar. nela “.

Os nêutrons usados ​​no estudo foram produzidos pelo Los Alamos Ultracold Neutron Science Center no Los Alamos National Laboratory. O experimento UCNtau capturou esses nêutrons, cuja temperatura cai para quase zero absolutoDentro de uma banheira rodeada por 4.000 ímãs. Depois de esperar de 30 a 90 minutos, os pesquisadores contam os nêutrons restantes na bacia à medida que sobem contra a gravidade com a força do ímã.

O design exclusivo da armadilha UCNtau permite que os nêutrons permaneçam armazenados por mais de 11 dias, muito mais do que os designs anteriores, reduzindo a necessidade de correções sistemáticas que podem distorcer os resultados das medições de vida. Ao longo de dois anos, os pesquisadores do estudo contaram quase 40 milhões de nêutrons capturados com esse método. Esses esforços foram o trabalho de dissertação de Gonzalez, que coletou dados em Los Alamos como um estudante de graduação da IU de 2017 a 2019, e liderou a análise do resultado publicado.

Salvat disse que os resultados do experimento ajudarão os físicos a confirmar ou negar a validade da “Matriz Kabibo-Kobayashi-Maskua”, que se relaciona a partículas subatômicas chamadas quarks e desempenha um papel importante no amplamente aceito “Modelo Padrão” da física de partículas. Também ajudará os físicos a entender o papel potencial que novas idéias na física, como a decadência dos nêutrons em matéria escura, podem desempenhar no desenvolvimento de teorias sobre o universo, bem como talvez ajude a explicar como os primeiros núcleos atômicos se formaram.

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“O modelo básico que explica a decadência dos nêutrons envolve quarks mudando suas identidades, mas cálculos recentemente aprimorados indicam que esse processo pode não ocorrer como esperado”, disse Salvat. “Nossa nova medição da vida útil dos nêutrons fornecerá uma avaliação independente para resolver este problema, ou fornecerá evidências muito procuradas para a descoberta de uma nova física.”

Referência: “Medição de vida útil aprimorada de nêutrons usando UCNNSPor F.M. Gonzalez, E.M. Fries, C. Cude-Woods, T. Bailey, M. Blatnik, L.J. Broussard, N.B. Callahan, J.H. Choi, S.M. Clayton, S.A. Currie, M. Dawid, E.B. Dees, B.W. Filippone, W. Fox View resumo. 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 e R-Young, 13 de outubro de 2021, disponível aqui. mensagens de revisão física.
arXiv: 2106.10375

Annaliese Franke

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