Разница в измерениях, полученных на Земле, составляет девять секунд. Позволит ли новый метод положить конец дискуссиям среди физиков?
Изучение времени существования элементарных частиц имеет большое значение для науки. Это позволит глубже понять процессы формирования химических элементов после Большого взрыва, который создал нашу Вселенную. Недавно ученые из США и Великобритании провели исследование, в результате которого была определена продолжительность жизни нейтронов в космическом пространстве. Статья об этом опубликована в научном журнале Physical Review Research.
Данные, полученные с космического аппарата MESSENGER, запущенного в 2004 году для исследования Меркурия, позволили исследователям провести измерения. Аппарат MESSENGER, пролетая мимо Венеры и Меркурия, регистрировал количество нейтронов, испускаемых этими планетами. Зарегистрированное количество элементарных частиц уменьшалось с увеличением расстояния до планеты. На основе времени, необходимого частицам для достижения аппарата, и количества зафиксированных нейтронов ученые определили продолжительность их жизни.
Данное исследование способно разрешить дискуссии о продолжительности существования нейтронов в космическом пространстве. «Время жизни свободных нейтронов – важнейший показатель для проверки Стандартной модели физики элементарных частиц. Кроме того, он оказывает влияние на соотношение водорода и гелия, сформировавшихся <…> всего через несколько минут после Большого взрыва, поэтому его значимость трудно переоценить», – отмечает один из авторов работы, Винсент Р. Эке.
Время жизни нейтрона на Земле можно измерить двумя различными методами: пучковым и методом хранения ультрахолодных нейтронов. Первый метод заключается в подсчете числа протонов, возникающих в определенной области пучка нейтронов, исходящего из реактора. Второй метод предполагает измерение уменьшения числа нейтронов в замкнутом объеме.
Первый метод позволяет определить среднюю продолжительность жизни нейтрона, которая составляет 14 минут и 39 секунд. Второй метод показывает результат на 9 секунд больше. Эта разница, хотя и кажется незначительной, имеет большое значение для калибровки и проверки Стандартной модели.
Нейтронный спектрометр был частью аппарата MESSENGER и предназначался для выявления частиц, образующихся при взаимодействии космических лучей с атомами на поверхности Меркурия. Благодаря этому спектрометр мог бы подтвердить наличие воды на планете, расположенной ближе всего к Солнцу. Изначально измерение времени жизни нейтронов не входило в задачи аппарата, однако ученым удалось провести такие измерения, используя полученные данные.
Анализ данных свидетельствует о том, что время жизни нейтронов составляет 13 минут с погрешностью около 130 секунд. Эта погрешность обусловлена статистическими и другими факторами, включая колебания в количестве нейтронов и неоднородность химического состава планет. Полученное оценочное значение близко к результатам, полученным с использованием двух стандартных методов. Исследователи отмечают, что их подход имеет сходство с методом хранения ультрахолодных нейтронов, однако вместо магнитных стенок и магнитных полей для удержания частиц используется гравитация планет.
Авторы исследования утверждают, что их методика позволяет добиться наиболее точных определений продолжительности жизни нейтронов. Для повышения точности измерений необходимы дополнительные космические экспедиции, в частности, на Венеру, где плотная атмосфера способна удерживать значительное количество нейтронов.
В предыдущих публикациях мы сообщали о работе химиков 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.