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中子“寿命”迄今最精确测量结果发布

发布日期:2021-10-14  来源:中国科技网-科技日报  

科技日报记者 刘霞

据物理学家组织网12日报道,一个国际物理学家团队宣布,他们对中子的“寿命”开展了迄今最精确测量,精确度提高了两倍多,不确定性不足1/10,相关研究发表于13日的《物理评论快报》,有助揭示宇宙的演化历程并为发现新物理现象提供证据。

高效超冷中微子探测器。 图片来源:物理学家组织网

最新实验的科学目的是测量自由中子在原子核范围外的平均寿命。该研究负责人之一、洛斯阿拉莫斯国家实验室的科学家丹尼尔·萨尔瓦特说:“非常精确测量这个值意义重大,因为了解中子的精确寿命可以揭示宇宙的发展演化历程,也可以让物理学家发现现有亚原子粒子标准模型中的缺陷。”

研究中使用的中子在洛斯阿拉莫斯国家实验室的超冷中子源(UCNtau)内产生。研究人员在一个拥有4000块磁铁的“浴缸”内捕获这些中子,并将其温度降低到接近绝对零度。等待30到90分钟后,研究人员计算了“浴缸”内幸存的中子,它们在磁力的作用下悬浮起来。

UCNtau陷阱的独特设计可以将中子储存11天以上,比早期设计的时间长得多,从而最大限度地减少了对中子寿命测量结果的影响。在两年多里,研究人员计算了使用这种方法捕获的大约4000万个中子的寿命。

该研究负责人、美国印第安纳大学伯明顿分校物理系主任大卫·巴克斯特说:“这项工作为一些测量确立了新的黄金标准,对回答早期宇宙中元素的相对丰度等问题至关重要。”

萨尔瓦特说,实验结果有助于验证已被广泛接受的粒子物理学标准模型的准确性,还有助于理解物理学中的新思想(如中子衰变为暗物质)在宇宙演化中的潜在作用,帮助解释第一批原子核是如何形成的。“解释中子衰变的基本模型涉及夸克‘身份’的改变,但最近的计算表明,这一过程可能不像先前预测的那样发生。我们对中子寿命的新测量将为解决这一问题提供独立的评估,也有望为发现新物理现象提供大量证据。”

总编辑圈点:

不在原子核内的中子,通常只能存在十几分钟。一般认为,科学家用“瓶子”和“束”两种方法来测量中子的寿命。前者是把中子放入一个瓶子,在一段时间后数还剩下多少个中子;后者是指把中子注入探测器,探测器计算中子衰变产生的质子数。此次科研人员采用的方法也是计算“幸存”的中子数,只是手段更为精密。中子的寿命和宇宙演化这一宏大命题密切相关。科研人员认为,它对于了解138亿年前宇宙大爆炸后的最初几分钟内形成的氢、氦和其他轻元素的数量非常重要。

责任编辑: 常丽君
 
 
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