Αποκλίσεις στον χρόνο ζωής του νετρονίου

Posted on 28/11/2013

0


neutron lifetime

Οι μετρήσεις των δυο τελευταίων δεκαετιών που χρησιμοποιήθηκαν για να προκύψει η αποδεκτή τιμή του χρόνου ζωής του νετρονίου

Eίναι γνωστό πως ο χρόνος ζωής του πρωτονίου είναι μεγαλύτερος από 1034 χρόνια, σε αντίθεση με τον χρόνο ζωής ενός ελεύθερου νετρονίου που είναι περίπου 15 λεπτά, και διασπάται σε ένα πρωτόνιο, ένα ηλεκτρόνιο και ένα αντινετρίνο.

Η τιμή του χρόνου ζωής του νετρονίου παίζει σημαντικό ρόλο στη φυσική των στοιχειωδών σωματιδίων ή στην κοσμολογία (π.χ. στους υπολογισμούς της αρχέγονης πυρηνοσύνθεσης στα πρώτα λεπτά της Μεγάλης Έκρηξης), και γι’ αυτό είναι επιθυμητή μια όσο το δυνατόν ακριβέστερη τιμή.

Οι μετρήσεις του χρόνου ζωής των νετρονίων εμφανίζουν μια διαφορά περίπου 1%, ανάλογα με την πειραματική τεχνική που εφαρμόζεται.

Σύμφωνα με το Physical Review Letters που δημοσιεύει την εργασία των ερευνητών Yue al με τίτλο «Improved Determination of the Neutron Lifetime» (arxiv.org/pdf/1309.2623v1.pdf),
η τελευταία μέτρηση του χρόνου ζωής των νετρονίων με την μία από τις δυο πειραματικές τεχνικές αφήνει το πρόβλημα της απόκλισης να πλανάται ακόμα.

Οι φυσικοί χρησιμοποιούν συνήθως δυο διαφορετικές πειραματικές στρατηγικές για να μετρήσουν τον χρόνο ζωής των νετρονίων.

Στην πρώτη, νετρόνια χαμηλών ενεργειών περιορίζονται σε μια παγίδα ή φιάλη που σχηματίζεται από συνδυασμούς μαγνητικών πεδίων, βαρύτητας και τοιχωμάτων (π.χ. από βηρύλλιο το οποίο ανακλά τα νετρόνια).

Ο χρόνος ζωής των νετρονίων τn, μπορεί να προσδιοριστεί εύκολα, μετρώντας τον αριθμό των σωματιδίων που επιβιώνουν στην παγίδα μετά από συγκεκριμένο χρονικό διάστημα, χρησιμοποιώντας την εξίσωση

N(t) =N(0)e-t/τn.

Η εναλλακτική μέθοδος είναι η μέθοδος της δέσμης. Σε καθορισμένο όγκο μιας δέσμης νετρονίων, καταμετράται ο ρυθμός διάσπασής τους και από την εξίσωση

dN/dt = -N/τn,

προσδιορίζεται ο χρόνος ζωής τn.
Οι δυο αυτοί τύποι των πειραμάτων δίνουν χρόνους ζωής  τπου διαφέρουν μεταξύ τους κατά 8 δευτερόλεπτα (ή 2.9 τυπικές αποκλίσεις) – μια διαφορά που δεν μπορεί να εξηγηθεί.

Οι ερευνητές από το NIST Center for Neutron Research, επανέλαβαν τις μετρήσεις του 2005 με την μέθοδο της δέσμης και με πιο καλά προσδιορισμένη την ροή των νετρονίων, υπολόγισαν μια ακριβέστερη τιμή:

τ= 887.7 ± 2.3 s

Η τιμή αυτή είναι μεν σε συμφωνία με την προηγούμενη μέτρηση που χρησιμοποιούσε την ίδια τεχνική (της δέσμης), αλλά αυξάνει την διαφορά από την μέθοδο της φιάλης στα 8,4 δευτερόλεπτα (ή 3.8 τυπικές αποκλίσεις).

Ήδη ξεκίνησαν ήδη οι βελτιώσεις της πειραματικής διάταξης (με την δέσμη νετρονίων) έτσι ώστε στις νέες μετρήσεις το σφάλμα να μειωθεί στο 1 δευτερόλεπτο.
prl.aps.org

(νεώτερη ενημέρωση)
διαβάστε επίσης: «Measurements of the Neutron Lifetime«

Ετικέτα: