Однако нейтроны по своей природе нестабильны (время жизни? Составляет примерно 881 секунду) и недолго находятся вне атомного ядра.
Поскольку нейтрон распадается в масштабе времени, аналогичном периоду BBN, точное моделирование эпохи BBN требует тщательного знания времени жизни нейтрона, среднего времени, необходимого для распада нейтрона, но это значение все еще точно не известно. На этой неделе в журнале Review of Scientific Instruments от AIP Publishing ученые из Национальной лаборатории Лос-Аламоса (LANL) сообщают об удивительном новом методе его измерения.
Измерения времени жизни нейтронов и точное моделирование BBN требуют, чтобы старые нейтроны были освобождены от их ядерных клеток. Кристофер Моррис из LANL и автор нового исследования объяснил, что нейтроны по существу «окаменели» в ядрах атомов. Таким образом, изучение этих «ископаемых частиц» может дать представление о самых ранних моментах существования Вселенной.
К тому времени, когда BBN закончился, большинство нейтронов было заперто в ядрах атомов гелия. Сегодня почти вся материя во Вселенной все еще близка к первоначальному тонкому соотношению гелия и водорода.
Это соотношение важно, поскольку оно определяет, насколько быстро наше Солнце сжигает водород, питая жизнь на Земле.Количество нейтронов на Земле является прямым результатом BBN и более поздних процессов, которые произошли в древних звездах.
К 4,5 миллиардам лет назад вокруг было, наконец, достаточно нейтронов, чтобы сформировать скалистые планеты, такие как Земля, и такие элементы, как углерод и кислород, необходимые для жизни.Моррис объяснил, что есть два способа измерить время жизни нейтрона: первый — это подсчет количества протонов, образующихся при распаде холодных нейтронов в пучке. Второй — улавливание нейтронов в металлической бутылке с помощью магнитных полей или даже силы тяжести, подобно тому, как вода «улавливается» в ванне.
В методе, разработанном его группой, используется магнитно-гравитационная ловушка, состоящая из комбинации магнитов и силы тяжести.В методе захвата используются очень холодные частицы, так называемые ультрахолодные нейтроны или УХН.
Либо стенки контейнера для бутылок, либо магнитное поле отталкивают нейтральные УХН, заставляя их зависать в устройстве. Согласно стандартной физике, единственный путь выхода нейтронов — это распад на протон и электрон.
Новое устройство, собранное в LANL, включает в себя магнитно-гравитационную ловушку, форма которой разработана специально для перемешивания нейтронов, когда они заполняют ловушку. Это позволяет избежать проблем в более ранних экспериментах, когда медленно движущиеся нейтроны неравномерно заполняли части ловушки, что, возможно, приводило к ошибочным измерениям срока службы.Предыдущие эксперименты с пучками и контейнерами, по-видимому, давали резко различающиеся времена жизни нейтронов, наиболее точное измерение с использованием бутылочной ловушки отличается почти на четыре стандартных отклонения от измеренного в пучке.
В результатах, опубликованных на этой неделе, Моррис и его коллеги сообщают, что время жизни нейтрона составляет 878 секунд, что очень близко к времени жизни в бутылочных ловушках с материалом, но значительно отличается от времени жизни нейтрона, измеренного в пучках.Разница между измерениями балки и баллона может быть связана с еще не выявленной ошибкой. Моррис предлагает более экзотическое объяснение: нейтроны исчезают из пучка, не производя протона.
Это поднимает вероятность того, что может быть замешано несколько спорное и все еще загадочное понятие темной материи. В будущих исследованиях будут изучены эти интригующие возможности.