15.06.2020
Денис Гордеев

Ученые впервые измерили срок жизни нейтрона в космосе

5.5

Методы измерения, применяемые на Земле, дают девятисекундное расхождение в результатах. Положит ли новый подход конец спорам физиков?

MESSENGER
MESSENGER на фоне Меркурия / Wikimedia Commons

Определение времени жизни элементарных частиц очень важно для науки. Оно поможет лучше понять, как возникали химические элементы после Большого взрыва, сформировавшего нашу Вселенную. Недавно ученые из США и Великобритании смогли определить продолжительность жизни нейтронов в космосе. Статья об этом опубликована в научном журнале Physical Review Research.

Провести измерения исследователям помогли данные с космического аппарата MESSENGER, запущенного в 2004 году для изучения Меркурия. Пролетая над Венерой и Меркурием, MESSENGER фиксировал количество нейтронов, испускаемых с этих планет. Чем больше было расстояние до планеты — тем меньшее количество элементарных частиц детектировал аппарат. Соотнося время, которое требовалось частицам, чтобы долететь до аппарата, с количеством зафиксированных нейтронов, ученые и определили срок их жизни.

Результаты этого исследования могли бы положить конец спорам о том, как долго могут существовать нейтроны в космосе. «Время жизни свободных нейтронов является ключевым параметром для проверки Стандартной модели физики элементарных частиц, а также влияет на относительное содержание водорода и гелия, образовавшихся <…> всего через несколько минут после Большого взрыва, поэтому данный параметр очень важен», — объясняет один из авторов работы Винсент Р. Эке.

В земных условиях время жизни нейтрона можно определить двумя принципиально отличающимися друг от друга способами: пучковым и методом хранения ультрахолодных нейтронов. В первом из них подсчитывается количество протонов, образующихся в заданной области пучка нейтронов, выходящего из нейтронного реактора. Во втором методе измеряется убывание количества нейтронов в определенном замкнутом объеме.

Первый метод дает среднюю продолжительность жизни нейтрона, равную 14 минутам и 39 секундам. Второй — на девять секунд больше. Казалось бы, не такая уж большая разница, но высокая точность измерения крайне важна для поверки и подтверждения Стандартной модели.

Разброс данных измерений времени жизни нейтронов пучковым методом (синий цвет) и методом методом хранения ультрахолодных нейтронов (красный цвет) / Wilson, Kegerreis, Eke et al., Physical Review Research, 2020

Аппарат MESSENGER был оснащен нейтронным спектрометром для обнаружения частиц, которые возникали при столкновении космических лучей с атомами на поверхности Меркурия. Таким образом, спектрометр мог бы показать наличие воды на ближайшей к Солнцу планете. Хотя изначально задачи измерения длительности существования нейтронов перед MESSENGER не стояло, ученые смогли сделать это, используя данные с аппарата.

Изучение данных показало, что время жизни нейтронов составило 13 минут с погрешностью порядка 130 секунд, которая возникла из-за статистических и других факторов, таких как периодическое изменение количества нейтронов и неоднородность химического состава планет. Оценочное время находится в непосредственной близости от оценок, полученных двумя стандартными методами. По словам исследователей, использованный ими подход напоминает метод хранения ультрахолодных нейтронов, но вместо магнитных стенок прибора и магнитных полей для удержания частиц используется гравитация планет.

По словам авторов исследования, их подход может обеспечить максимально точные измерения срока существования нейтронов. Однако для более точных измерений потребуются новые космические исследовательские миссии. В первую очередь — на Венеру, поскольку ее густая атмосфера может захватывать большое количество нейтронов.

Ранее мы писали о том, что химики из Токийского университета сняли движение одиночных молекул на видео с частотой 1600 кадров в секунду, а также о том, что сверхточные эксперименты позволили оценить гравитацию на дистанциях менее 50 микрометров и не показали никаких следов свернутых измерений Вселенной.

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl + Enter.
19 октября
Илья Ведмеденко

В КНР испытали монолитный твердотопливный ракетный двигатель, имеющий самую большую тягу в мире. Разработка изделия важна для создания ракет тяжелого класса.

19 октября
Мария Осетрова

Ученые из MIT выяснили, что наш мозг не оптимизирован для того, чтобы искать самый короткий маршрут. Вместо этого он выбирает путь, который точнее всего указывает на конечное направление.

Позавчера, 11:03
Александр Березин

Новая работа в авторитетном научном журнале показала, что за восемь месяцев титр антител от мРНК-вакцин падает в десятки раз, а от векторной — на том же аденовирусе, что «Спутник-лайт» — почти не уменьшается вовсе. На сегодня ясно, что снижение уровня антител — главная причина падения защиты от Pfizer с 90% до 47% за полгода. Значит ли это, что страны, поставившие на аденовирусно-векторные вакцины, сделали лучший выбор? И за счет чего они могли опередить такую вроде бы революционную вакцинную платформу, как мРНК? Наконец: действительно ли «Спутник» может повысить риск заражения ВИЧ, как это утверждают медицинские власти ЮАР?

18 октября
Елена Синицкая

На днях израильский ныряльщик обнаружил на дне Средиземного моря у Хоф-ха-Кармель древние предметы, среди которых оказался меч удивительной сохранности. По мнению специалистов Израильского управления древностей, железный меч с клинком около одного метра и 30-сантиметровой рукоятью принадлежал крестоносцу и датируется XII веком.

19 октября
Илья Ведмеденко

В КНР испытали монолитный твердотопливный ракетный двигатель, имеющий самую большую тягу в мире. Разработка изделия важна для создания ракет тяжелого класса.

15 октября
Илья Ведмеденко

Компания General Dynamics Land Systems представила макет наземного робота TRX, который выступит носителем беспилотников-камикадзе. Помимо них, он получил квадрокоптер.

13 октября
Мария Азарова

Анализ образцов крови, взятых у российских космонавтов до и после их полета на МКС, показал, что длительное пребывание в космосе может провоцировать повреждение мозга.

12 октября
Алиса Гаджиева

Две тысячи лет назад многие сооружения строили лучше, чем сегодня.

27 сентября
Мария Азарова

Новое исследование генетиков из Германии и Италии, похоже, помогло найти ответ на вопрос, который занимал ученых свыше двух тысяч лет: откуда взялись этруски?

[miniorange_social_login]

Комментарии

Написать комментарий

Подтвердить?
Подтвердить?
Не получилось опубликовать!

Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.

Понятно
Лучшие материалы
Войти
Регистрируясь, вы соглашаетесь с правилами использования сайта и даете согласие на обработку персональных данных.
Ваша заявка получена

Мы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.

Понятно
Ваше сообщение получено

Мы скоро прочитаем его и свяжемся с Вами по указанной почте. Спасибо за интерес к проекту.

Понятно

Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: