Structura internă a neutronului (reprezentare artist)
Credit: Xiaorong Zhu, University for Science and Technology, China

Experimente ce folosesc metode diverse pentru a determina durata de viață a neutronilor liberi dau rezultate diferite; nu cu mult, însă suficient ca să îi pună pe gânduri pe oamenii de știință.

O ipoteză ar fi cum că neutronii ar oscila în neutroni-întunecați (perechea din lumea materiei întunecate a neutronilor). Această ipoteză a fost testată într-un nou experiment, cu rezultate însă negative. Misterul rămâne!


Neutronii

Împreună cu protonii neutronii alcătuiesc nucleele atomilor. În timp ce numărul de protoni pentru un anumit element chimic este bine definit, numărul de neutroni poate varia, dând naștere așa-numiților izotopi.

Neutronii și protonii sunt legați în nuclee de așa-numita interacțiune nucleară tare. Protonii și neutronii nu sunt particule elementare, fiind compuși din quarcuri. Neutronii liberi nu sunt stabili, ci se dezintegrează în procesul de dezintegrare beta.


Misterul duratei de viață a neutronilor

De-a lungul anilor au existat multe experimente care au măsurat durata de viață a neutronilor.

Cum spuneam, aceștia, atunci când sunt liberi (deci nu legați în nuclee) se dezintegrează într-un proton, un electron și un antineutrin electronic. Procesul este de natură cuantică și se poate  defini o durată medie de viață a neutronilor. Aceasta a fost măsurată din ce în ce mai precis și s-a ajuns la un adevărat mister al duratei de viață a neutronilor, întrucât metode diverse dau rezultate diferite.

Astfel, măsurători efectuate la Oak Ridge National Laboratory (ORNL) în SUA dau o durata de viață a neutronilor de 877,8 secunde, cu o eroare de circa 0,3 secunde.

Totul ar fi perfect dacă o altă măsurătoare nu ar fi dat un rezultat diferit! Dacă se măsoară durata de viață a neutronilor cu o metodă care îi menține într-o capcană magnetică și se observă cum dispar, măsurându-se astfel durata de viață, se obține o valoare cu circa 9 secunde mai mică decât cu metoda care generează un fascicul de neutroni și măsoară protonii care rezultă din dezintegrarea neutronilor.

Din ce motiv se obțin rezultate diferite? S-ar putea să fie la mijloc ceva erori în metodele folosite, chiar dacă nu au fost descoperite. S-ar putea, pe de altă parte, să fie vorba despre o nouă fizică.

 
Noua fizică? Neutroni… întunecați

În acest context cercetătorii au propus existența unor neutroni întunecați, o pereche a neutronilor pe care îi cunoaștem în universul materiei întunecate. Neutronii ar oscila din neutroni normali în cei întunecați și înapoi. Din acest motiv neutronii din fascicule ar părea că trăiesc mai mult, fiind ajutați de neutronii întunecați.

Pentru a putea verifica această idee un grup de cercetători a pus la punct la ORNL un experiment în cadrul căruia fascicolul de neutroni întâlnea un… perete de carbură de bor, care absoarbe complet neutronii, lăsând eventual să treacă doar neutronii întunecați care – după ce ar fi trecut de perete - s-ar fi putut transforma înapoi în neutroni normali. Deci ca și cum neutronii ar fi reușit să treacă prin perete!

Măsurătorile efectuate, care au fost publicate recent într-un articol în revista Physical Review Letters, nu descoperă urme de neutroni în spatele peretelui. Toți neutroni au fost absorbiți!


De ce este importantă durata de viață a neutronilor?

Durata de viață a neutronilor reprezintă un parametru important în teoria modelului standard, fiind utilizată pentru a calcula rata de dezintegrare a quarcurilor. Iar rezultate neașteptate în calcule pot duce către o nouă fizică.


Care este concluzia? Misterul rămâne!

Care este concluzia acestui interesant experiment? Putem elimina teoria care prevedea oscilația neutronilor în neutroni întunecați, cel puțin teoria pe care cercetătorii au testat-o din punct de vedere experimental.

Încă nu știm din ce cauză există diferențele între durata de viață a neutronilor măsurată cu metode diverse.

În viitor vor fi efectuate noi măsurători, dar dacă diferențele rămân, este clar că vor trebui propuse noi teorii, dincolo de modelul standard al fizicii particulelor elementare și care pot avea de-a face cu materia exotică, precum cea întunecată sau cu alte procese care nu sunt prevăzute în cadrul fizicii actuale.

Evident, rămâne de văzut dacă nu se va găsi o explicație mai „pământeană” și nu vom reuși într-un final să înțelegem diferențele în alt fel.

Write comments...
symbols left.
You are a guest ( Sign Up ? )
or post as a guest
Loading comment... The comment will be refreshed after 00:00.
  • This commment is unpublished.
    Flaviu Pogacian · 1 months ago
    Probabil este diferenţa relatistă dintre metodele de măsurare. În câmp magnetic, la rece, neutronii se află în stare de repaus faţă de instrumentul de măsură iar la metoda ONRC, neutronii individuali din fascicul au o viteza mare faţă de instrumentul de măsură. Duratele de timp sunt minime la viteze mici unde factorul Lorenz este nul. La viteze mari duratele de timp se dilată.
    Nu cunosc exact metodele de măsurare dar se poate face o analogie la experimentul relativist asupra duratei de viaţă a unor particule(mezoni), în repaus şi/sau viteze relativiste(din raze cosmice).
    Foarte simplist, conform datelor, diferenţa de 9s dintre măsurări reprezintă 1% din 877,8s ceea ce înseamnă că factorul Lorenz γ=1/(1-v2/c2)1/2=Δx’/ Δx=877.8/(877.8-9) => v2/c2=1/100 => v=c/10.
    Altfel spus, diferenţa de viteză între neutronii celor două metode de măsurare este de o zecime din viteza luminii.
  • This commment is unpublished.
    Flaviu Pogacian · 1 months ago
    Corectie.
    Probabil este diferenţa relativistă dintre metodele de măsurare. În câmp magnetic, la rece, neutronii se află în stare de repaus faţă de instrumentul de măsură iar la metoda ONRL, neutronii individuali din fascicul au o viteza mare faţă de instrumentul de măsură. Duratele de timp sunt minime la viteze mici unde factorul Lorenz este nul. La viteze mari duratele de timp se dilată.
    Nu cunosc exact metodele de măsurare dar se poate face o analogie la experimentul relativist asupra duratei de viaţă a unor particule(mezoni), în repaus şi/sau viteze relativiste(din raze cosmice).
    Foarte simplist, conform datelor, diferenţa de 9s dintre măsurări reprezintă 1% din 877,8s ceea ce înseamnă că factorul Lorenz γ=1/(1-v2/c2)1/2=Δt’/ Δt=877.8/(877.8-9) => v2/c2=1/100 => v=c/10, unde Δt’ - durata de viață a neutronilor metoda ONRL, Δt - durata de viață a neutronilor metoda capcană magnetică.
    Altfel spus, diferenţa de viteză între neutronii celor două metode de măsurare este de o zecime din viteza luminii.
  • This commment is unpublished.
    Flaviu Pogacian · 1 months ago
    Calculul factorului Lorenz a fost facut la repezeala dar eroarea nu este mare. Principiul erorii de masurare conteaza.

Dacă găsești site-ul util, ne poți ajuta cu o DONAȚIE