Reprezentare grafică a unui neutron și a unui proton (care sunt formați din quacuri)

Neutronii liberi au o viaţă limitată: se dezintegrează în circa 14-15 minute. Timpul de viaţă al neutronului nu este însă cunoscut cu precizie. Mai mult, există două măsurători care nu sunt compatibile. Noi măsurători s-au efectuat în spațiu, în cadrul unui experiment care folosește planetele Venus şi Mercur ca surse de neutroni.

Neutronii fac parte din nucleul atomilor, împreună cu protonii. Neutronul nu este particulă elementară, ci este format din două quarcuri down şi un quarc up. Scoşi însă din nuclee, neutronii liberi nu sunt particule stabile, ci se dezintegrează. Un neutron dă naștere unui proton, unui electron şi unui antineutrin electronic.


Care este durata de viaţă a neutronilor liberi?

La ora actuală există două valori, măsurate în cadrul unor experimente ce folosesc metode diferite.

Într-un experiment neutronii sunt capturaţi într-un recipient şi se măsoară durata vieţii acestora – adică timpul până când dispar. Această metodă dă o durată a vieţii medii a neutronului de 14 minute şi 39 de secunde.

A doua metodă foloseşte un fascicol de neutroni şi măsoară numărul de protoni generaţi din dezintegrarea neutronilor. Rezultatul este de 14 minute şi 48 de secunde – deci cu 9 secunde mai mult decât prima metodă! 9 secunde ar putea să nu pară prea mult – însă precizia ambelor metode este mai mare, astfel încât diferenţa devine relevantă.

 

 

La mijloc ar putea să fie o nouă fizică – adică procese pe care în prezent nu le luăm în calcul într-una din metode şi care să aibă ca efect această diferenţă. Totuşi, la mijloc s-ar putea să fie aşa-numite erori sistematice, adică legate de metoda experimentală folosită şi de care cercetătorii nu ţin cont.

Cat de important este să ştim durata vieţii neutronului cu mare precizie? Extrem de important – din cel puţin două motive: în funcţie de cât trăieşte neutronul, avem valori diferite, imediat după Big Bang, pentru compoziţia chimică – formarea elementelor, ceea ce este important pentru a înţelege cum a evoluat universul şi cum au luat naştere actualele structuri cosmice.

Pe de altă parte modelul standard al fizicii particulelor elementare poate fi folosit pentru a calcula cu mare precizie viaţa neutronului: aceasta rezultă ca fiind de 14 minute şi 39 de secunde – exact cât prima valoare experimentală. Dacă totuşi durata de viaţă ar fi mai lungă, ca în al doilea experiment, acest fapt ar fi un puternic indicator al unei noi fizici.

 

Durata de viață a neutronului - măsurată în spațiu

În acest context un grup de oameni de ştiinţă a avut ideea de a folosi un experiment în spaţiu pentru a măsura viaţa neutronului.

Metoda şi primele rezultate au fost prezentate recent într-un articol publicat în Physical Review Research de cercetători de la Durham University, MB, şi John Hopkins Applied Physical laboratory, SUA. Aceştia au folosit date care provin de la misiunea spaţială NASA MESSENGER (MErcury Surface, Space ENvironment, GEochemistry and Ranging) pentru a obţine o primă valoare a duratei de viaţă a neutronilor care se formează în atmosfera planetei Venus, în urma bombardamentului acesteia cu raze cosmice care produc reacţii în care iau naştere neutroni.  Măsurători efectuate la diverse altitudini deasupra planetei Venus şi care măsoară fluxul de neutroni pot stabili această durată de viaţă a neutronilor.

Prima valoare obţinută este de 13 minute, însă cu o eroare de 130 de secunde, generată de fluctuaţii ale numărului de neutroni produşi de-a lungul zilei şi o cunoaştere doar aproximativă e compoziţiei chimice a planetei şi atmosferei acesteia. Măsurătorile continuă, atât asupra planetei Mercur, cât şi a planetei Venus şi se speră să se reuşească obţinerea unui rezultat mai precis.

Metoda este oarecum asemănătoare cu prima despre care v-am relatat, adică neutroni produşi într-un „recipient” care, dezintegrându-se, scad ca număr. Aici recipientul sunt planetele Mercur şi Venus. Pentru a efectua însă măsurători mult mai precise este nevoie de a pregăti şi trimite în spaţiu o nouă misiune spaţială dedicată, care să măsoare timpul de viaţă al neutronilor folosind planeta Venus, care are o atmosferă importantă şi, fiind mai mare decât Mercur, o atracţie gravitaţională mai puternică.

În prezent cercetătorii proiectează un nou experiment, care să rezolve în spaţiu misterul duratei de viaţă a neutronului, cu implicaţii importante în înțelegerea istoriei și evoluției universului.

Citiți și: Teoria modelului standard al particulelor elementare


Puteți comenta folosind contul de pe site, de FB, Twitter sau Google ori ca vizitator (fără înregistrare). Pt vizitatori comentariile sunt moderate (aprobate de admin).

Loading comment... The comment will be refreshed after 00:00.

Fii primul care comentează.

Spune-ne care-i părerea ta...
caractere rămase.
Loghează-te ( Fă-ți un cont! )
ori scrie un comentariu ca „vizitator”

 



Donează prin PayPal ()


Contact
| T&C | © 2020 Scientia.ro