Ученые впервые измерили срок жизни нейтрона в космосе — Naked Science
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.
7 часов назад
48 минут
Александр Березин

До массовой термоядерной энергетики 20 лет — и всегда будет 20 лет. Это незатейливая шутка сама стала старой еще 20 лет назад. Общество расстраивается от того, что термояд все никак не могут вывести на промышленный уровень. И лишь Илон Маск считает, что термоядерный реактор вовсе не нужен. Внимательный анализ показывает, что он прав. Даже если все технические проблемы термоядерной энергетики чудесным образом разрешатся, у нее не будет шансов вытеснить конкурентов. Как так вышло, и что тогда спасет человечество от энергетического кризиса?

Вчера, 11:36
68 минут
Ольга Иванова

Своими корнями история Армении уходит в глубокую древность и неразрывно связана с историей всего Древнего мира. Но зачастую, зная в деталях историю Рима и Древней Греции, мы в гораздо меньшей степени осведомлены о событиях, происходивших в Античное время в Армении, оказавшейся на перекрестке цивилизаций Запада и Востока. В силу многих причин она не попала в должном объеме в учебники и незнакома тем, кто интересуется историей. Попытаемся хоть немного исправить эту несправедливость.

Вчера, 15:39
5 минут
Илья Ведмеденко

Специалистам «Роскосмоса» удалось запустить основные двигатели нового модуля «Наука». Ранее сообщалось о технических неполадках, возникших после старта.

7 часов назад
48 минут
Александр Березин

До массовой термоядерной энергетики 20 лет — и всегда будет 20 лет. Это незатейливая шутка сама стала старой еще 20 лет назад. Общество расстраивается от того, что термояд все никак не могут вывести на промышленный уровень. И лишь Илон Маск считает, что термоядерный реактор вовсе не нужен. Внимательный анализ показывает, что он прав. Даже если все технические проблемы термоядерной энергетики чудесным образом разрешатся, у нее не будет шансов вытеснить конкурентов. Как так вышло, и что тогда спасет человечество от энергетического кризиса?

Вчера, 11:36
68 минут
Ольга Иванова

Своими корнями история Армении уходит в глубокую древность и неразрывно связана с историей всего Древнего мира. Но зачастую, зная в деталях историю Рима и Древней Греции, мы в гораздо меньшей степени осведомлены о событиях, происходивших в Античное время в Армении, оказавшейся на перекрестке цивилизаций Запада и Востока. В силу многих причин она не попала в должном объеме в учебники и незнакома тем, кто интересуется историей. Попытаемся хоть немного исправить эту несправедливость.

21 июля
4 минуты
Сергей Васильев

До сих пор было неизвестно, могут ли плоды передавать сигналы материнскому растению, но опыты, поставленные на томатах, показали, что это действительно происходит.

13 июля
5 минут
Ольга Иванова

Международная команда ученых идентифицировала ДНК из почвы в грузинской пещере. Благодаря этому исследователям удалось восстановить геном человека возрастом 25 тысяч лет, не имея никаких скелетных останков.

8 июля
7 минут
Василий Парфенов

Подросток из бельгийского города Остенде стал вторым самым юным обладателем высшего образования в обозримой истории. Он с отличием окончил курс физики в Антверпенском университете и теперь собирается защитить магистерскую степень, а затем и докторскую диссертацию в этой области. Цель у него простая и понятная: увеличение продолжительности жизни человека вплоть до полного бессмертия за счет замены частей тела и органов механическими или искусственными.

11 июля
28 минут
Александр Березин

Еще год назад почти все были уверены, что эпидемия быстро закончится. Ведь научные исследования говорили: иммунитет переболевших очень сильный, а повторные заболевания крайне редки. Российские власти все еще верят в это: глава Роспотребнадзора Анна Попова утверждает, будто повторно болеет только 1%. От этого в России до сих пор ждут достижения «группового иммунитета» осенью — и, разумеется, снятия ковидных ограничений. К сожалению, это пустые надежды. Данные из других стран вообще не показывают реальной возможности достичь группового иммунитета за счет переболевших. Разбираемся в деталях.

[miniorange_social_login]

Комментарии

Написать комментарий

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

Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: