物理学家捕获了中子寿命中最精确的测量值

现在,我们知道,在衰减为质子之前,中子可以在原子核之外存活多长时间。.

这是这些基本粒子寿命的最精确测量,比以前的测量值提高了两倍以上。. 这对我们理解宇宙中的第一个物质是如何在大爆炸后的几分钟内由质子和中子汤产生的有影响的。.

印第安纳大学布卢明顿分校的核物理学家丹尼尔·萨尔瓦特说:“中子'衰减'成质子的过程-发射了轻电子和几乎无质量的中微子-是物理学家已知的最迷人的过程之一。”.

“非常精确地测量该值的努力是重要的,因为了解中子的精确寿命可以阐明宇宙的发展方式,并使物理学家发现我们知道存在的亚原子宇宙模型中的缺陷,但没有人拥有还没有。能够找到。.”。

该研究是在洛斯阿拉莫斯国家科学中心进行的,该中心建立了一个专门的实验,仅用于测量中子寿命。. 它被称为UCNtau项目,它涉及存储在磁重力捕集器中的超冷中子(UCN)。.

将中子冷却到几乎为零,并将其放置在陷阱中,该陷阱是一个碗形腔室,内衬着数千个永磁体,这些永磁体将中子悬浮在真空套内。.

磁场可防止中子去极化,并与重力结合使用,可防止中子逸出。. 这种设计允许中子最多存储11天。.

研究人员将中子在UCNtau陷阱中存储30至90分钟,然后在分配时间后计算剩余的粒子。. 在2017年至2019年进行的重复实验过程中,他们计数了超过4000万个中子,获得了足够的统计数据,以最大的精度确定粒子的寿命。.

根据研究人员的分析,该寿命约为877.75±0.28秒(14分38秒)。. 精细的测量可以帮助对宇宙施加重要的物理约束,包括物质和暗物质的形成。.

大爆炸之后,事情发生得相对较快。. 在最初的时刻,充满宇宙的热超密物质冷却成夸克和电子。仅几百万秒后,夸克就聚成质子和中子。.

知道中子的寿命可以帮助物理学家了解衰变中子在宇宙中称为暗物质的神秘团的形成中起什么作用(如果有的话)。. 研究人员说,这些信息还可以帮助测试称为Cabibbo-Kobayashi-Maskawa矩阵的有效性,该矩阵有助于解释在物理标准模型下夸克的行为。.

萨尔瓦特说:“解释中子衰变的基础模型涉及夸克改变其身份,但是最近改进的计算表明,这一过程可能不会像以前预测的那样发生。”.

“我们对中子寿命的新测量将提供独立评估以解决这一问题,或为发现新物理学提供大量研究证据。.”。