中子「壽命」迄今最精確測量結果發布


來源:科技日報

據物理學家組織網12日報導,一個國際物理學家團隊宣布,他們對中子的「壽命」開展了迄今最精確測量,精確度提高了兩倍多,不確定性不足1/10,相關研究發表於13日的《物理評論快報》,有助揭示宇宙的演化歷程並為發現新物理現象提供證據。

最新實驗的科學目的是測量自由中子在原子核範圍外的平均壽命。該研究負責人之一、洛斯阿拉莫斯國家實驗室的科學家丹尼爾·薩爾瓦特說:「非常精確測量這個值意義重大,因為了解中子的精確壽命可以揭示宇宙的發展演化歷程,也可以讓物理學家發現現有亞原子粒子標準模型中的缺陷。」

研究中使用的中子由洛斯阿拉莫斯國家實驗室中子科學中心內的超冷中子源(UCNtau)內產生。研究人員在一個擁有4000塊磁鐵的「浴缸」內捕獲這些中子,並將其溫度降低到接近絕對零度。等待30到90分鐘後,研究人員計算了「浴缸」內倖存的中子,它們在磁力的作用下懸浮起來。

UCNtau陷阱的獨特設計可以將中子儲存11天以上,比早期設計的時間長得多,從而最大限度地減少了對中子壽命測量結果的影響。在兩年多里,研究人員計算了使用這種方法捕獲的大約4000萬個中子的壽命。

該研究負責人、美國印第安納大學伯明頓分校物理系主任大衛·巴克斯特說:「這項工作為一些測量確立了新的黃金標準,對回答早期宇宙中元素的相對豐度等問題至關重要。」

薩爾瓦特說,實驗結果有助於驗證被廣泛接受的粒子物理學標準模型的準確性,還有助於理解物理學中的新思想(如中子衰變為暗物質)在宇宙演化理論中的潛在作用,幫助解釋第一批原子核是如何形成的。

總編輯圈點

不在原子核內的中子,通常只能存在十幾分鐘。一般認為,科學家用「瓶子」和「束」兩種方法來測量中子的壽命。前者是把中子放入一個瓶子,在一段時間後數還剩下多少個中子;後者是指把中子注入探測器,探測器計算中子衰變產生的質子數。此次科研人員採用的方法也是計算「倖存」的中子數,只是手段更為精密。中子的壽命和宇宙演化這一宏大命題密切相關。科研人員認為,它對於了解138億年前宇宙大爆炸後的最初幾分鐘內形成的氫、氦和其他輕元素的數量非常重要。

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