Los físicos han realizado la medición más precisa del mundo de la edad de un neutrón

Detector de neutrones ultrafríos de alta eficiencia que se utiliza en una trampa de “bañera”. Crédito: Laboratorio Nacional de Los Alamos / Michael Pierce

Un equipo internacional de investigadores ha realizado la medición más precisa del mundo de la edad de un neutrón, 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 del mundo de la edad de un neutrón.

Los hallazgos del equipo, que incluye científicos de más de 10 laboratorios y universidades nacionales en los EE. UU. Y en el extranjero, representan una mejora de más del doble con respecto a las mediciones anteriores, con una incertidumbre de menos de una décima parte de un porcentaje.

El trabajo fue publicado en el número del 13 de octubre de la revista. mensajes de revisión física. fue también el tema de una Resumen de noticias en vivo En la reunión de otoño de 2021 de la División de Física Nuclear de la Sociedad Estadounidense de Física.

dijo David Baxter, presidente del Departamento de Física de la Facultad de Artes y Ciencias de IU Bloomington. “Estamos orgullosos del antiguo papel de IU como pionero en este negocio”.

Los autores afiliados a IU en el momento del estudio eran los estudiantes graduados Nathan Callahan, Maria Dawid y Francisco González. Ingeniero Walt Fox. El profesor de física Rudy Chen Yu Liu; Investigador científico Daniel Salvat. y el técnico mecánico John Vanderwerp. (Callaghan y González están actualmente afiliados al Laboratorio Nacional Argonne y al Laboratorio Nacional Oak Ridge, respectivamente). La investigación se llevó a cabo en el Laboratorio Nacional de Los Alamos.

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El propósito científico del experimento es medir cuánto tiempo vive un neutrón libre, en promedio, fuera de los límites de los núcleos atómicos.

“El proceso por el cual un neutrón ‘decae’ en un protón – con la emisión de un electrón de luz y un neutrino casi sin masa – es uno de los procesos más fascinantes conocidos por los físicos”, dijo Salvat, quien dirigió los experimentos en Los Alamos. “El esfuerzo por medir con precisión este valor es importante porque comprender la edad exacta del neutrón puede arrojar luz sobre cómo evolucionó el universo, así como permitir que los físicos descubran fallas en nuestro modelo del universo subatómico que sabemos que existen pero que nadie lo ha hecho. todavía he podido encontrar. en ella “.

Los neutrones utilizados en el estudio fueron producidos por el Centro de Ciencias de Neutrones Ultrafríos de Los Alamos en el Laboratorio Nacional de Los Alamos. El experimento UCNtau capturó estos neutrones, cuya temperatura desciende a casi cero absolutoDentro de una bañera rodeada de 4.000 imanes. Después de esperar de 30 a 90 minutos, los investigadores cuentan los neutrones restantes en la cuenca a medida que se elevan contra la gravedad con la fuerza del imán.

El diseño único de la trampa UCNtau permite que los neutrones permanezcan almacenados durante más de 11 días, mucho más que los diseños anteriores, lo que reduce la necesidad de correcciones sistemáticas que pueden sesgar los resultados de las mediciones de la vida útil. En el transcurso de dos años, los investigadores del estudio contaron casi 40 millones de neutrones capturados con este método. Esos esfuerzos fueron el trabajo de tesis de González, quien recopiló datos en Los Álamos como estudiante de posgrado de IU de 2017 a 2019, y dirigió el análisis del resultado publicado.

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Salvat dijo que los resultados del experimento ayudarán a los físicos a confirmar o negar la validez de la “Matriz Kabibo-Kobayashi-Maskua”, que se relaciona con partículas subatómicas llamadas quarks y juega un papel importante 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 de la física, como la desintegración de los neutrones en materia oscura, pueden desempeñar en el desarrollo de teorías sobre el universo, y quizás ayude a explicar cómo se formaron los primeros núcleos atómicos.

“El modelo básico que explica la desintegración de los neutrones implica que los quarks cambian sus identidades, pero los cálculos mejorados recientemente indican que este proceso puede no ocurrir como se esperaba”, dijo Salvat. “Nuestra nueva medición de la vida útil de los neutrones proporcionará una evaluación independiente para resolver este problema, o proporcionará evidencia muy buscada para el descubrimiento de nueva física”.

Referencia: “Medición mejorada de la vida útil de los neutrones mediante UCNNSPor F.M. González, 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 resumen. 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 y R-Young, 13 de octubre de 2021, disponible aquí. mensajes de revisión física.
arXiv: 2106.10375

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