Ученые впервые измерили срок жизни нейтрона в космосе — Naked Science
7 минут
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.
Вчера, 23:18
5 минут
Мария Кривоченко

Исследователи выяснили, что любовь малышей к телевизору зависит от их темперамента. Реакции, которые протекают в мозге детей младше года, позволяют предсказать, насколько им понравится просмотр программ и как быстро они усваивают информацию из них.

Вчера, 15:32
5 минут
Мария Кривоченко

Исследование ученых из США показало, что повышение температуры и накопление парниковых газов повлияли на деревья: они стали быстрее расти и поглощать больше углекислого газа. Специалисты считают, что количество лесов в ближайшие десятилетия будет увеличиваться, но экстремальная экологическая обстановка может нарушить этот процесс.

Вчера, 13:30
5 минут
Денис Гордеев

Объект K2-25b практически полностью состоит из ядра, а его газовая оболочка очень тонкая. Как так получилось — загадка для ученых.

3 августа
5 минут
Сергей Васильев

Микроскоп с высокоскоростной камерой и компьютерное моделирование показали, что сперматозоиды плавают не за счет боковых движений хвоста, а быстро вращаясь всем телом.

2 августа
2 минуты
Илья Ведмеденко

Сегодня, в 20:00 (мск), должен состояться 150-метровый «прыжок» демонстратора технологий космического корабля Starship. Трансляцию вы сможете посмотреть на нашем сайте.

2 августа
35 минут
Александр Березин

На планете разворачивается новая лунная гонка. Российская космическая отрасль пытается обозначить участие в ней, патентуя многопусковой полет к спутнику Земли. Очевидно, что это лишь суррогат сверхтяжелых ракет, которых мы пока не строим. США, напротив, активно разрабатывают сразу два сверхтяжа – но и там не все гладко. Их лунная программа может испытать сильнейший удар в ближайший год. Скептики считают, что усилия всех участников гонки бесполезны. Мол, пилотируемые полеты к другим небесным телам не нужны, ибо дороги. Автоматы смогут все сделать намного дешевле. На деле лунная программа, как мы покажем ниже, не дороже полетов к МКС. Да и автоматы не дадут нам ничего подобного результатам пилотируемой лунной экспедиции. Попробуем разобраться почему.

6 июля
5 минут
Мария Азарова

Ученые, работающие с крупнейшим в мире радиотелескопом, сообщили об обнаружении эмиссии нейтрального водорода, исходящей от объектов за пределами нашей Галактики.

22 июля
66 минут
Александр Березин

С 2064 года численность людей начнет сокращаться — и этот процесс может быть необратим. Один из авторов соответствующей научной работы прямо указывает: если ничего не изменится, через несколько веков человечество вымрет. Однако есть вещи и похуже вымирания. Куда вероятнее иной сценарий: мир будет заселен теми, кто сможет размножаться в новых культурных условиях. К сожалению, значительная часть современных европейцев, американцев и, возможно, других народов будут вытеснены с первых страниц истории. Вдобавок те, кто победят в этой непростой борьбе, нам, сегодняшнему населению Земли, могут сильно не понравиться. Попробуем разобраться почему.

10 июля
7 минут
Мария Кривоченко

Биологи выяснили, какое воздействие оказывают радиоволны на эмбрионы рыб. Оказалось, они существенно не влияют на уровень смертности, морфологию и реакцию на свет, но немного подавляют сенсомоторные функции. Как это скажется на взрослых особях, еще предстоит выяснить.

[miniorange_social_login]

Комментарии

Написать комментарий

Подтвердить?
Лучшие материалы
Предстоящие мероприятия
Войти
Регистрируясь, вы соглашаетесь с правилами использования сайта и даете согласие на обработку персональных данных.

Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: