قام فريق دولي من الباحثين مؤخرًا بقياس عمر النيوترون خارج نواة الذرة بدقة غير عادية. من خلال قياساتهم ، نجا النيوترون لمدة 14.629 دقيقة ، أو 877.75 ثانية ، أي أكثر أو أقل من ثلث الثانية.
النيوترونات ليست حية. لكن الجسيمات – وهي مكونات متكاملة لنواة الذرات – تتحلل إلى بروتونات موجبة الشحنة وجسيمات أخرى. تسمى النيوترونات الموجودة خارج الذرات بالنيوترونات الحرة ، ويعد توقيت تحللها أمرًا بالغ الأهمية بالنسبة للفيزيائيين الذين يحاولون فهم عدد النيوترونات المتاحة لتشكيل النوى الذرية الأولى في الكون المبكر للغاية. عندئذٍ تؤدي الأعداد المختلفة من النيوترونات إلى كميات مختلفة جدًا من العناصر التي نجدها في الكون اليوم ، العناصر التي أدت إلى نشوء الحياة.
لقد عرف العلماء لسنوات أن نيوترونًا وحيدًا سيموت في غضون ربع ساعة تقريبًا ، ويعود تاريخه إلى القياس الأصلي عن اضمحلال النيوترون الحر في عام 1951. لكن القياس الجديد – نتيجة سنوات من التجارب في جهاز UNCtau في مركز علوم النيوترون في لوس ألاموس – هو الأكثر دقة حتى الآن من نوعه. كانت نتائج الفريق نشرت الأسبوع الماضي في رسائل المراجعة المادية.
قالت شانون هوجرهيد ، عالمة الفيزياء في المعهد الوطني للمعايير والتكنولوجيا والتي لم تشارك في البحث الجديد ، إن الورقة البحثية “نتيجة رائعة للغاية”. “لقد قام فريق UCNtau بعمل رائع في معالجة مجموعة من أوجه عدم اليقين المنهجية في تجربتهم بعناية ، كما أن التحليلات المستقلة المعماة تمنح الثقة للنتيجة. والنتيجة هي خطوة مهمة نحو تحسين اختبارات النموذج القياسي “.
قال براد فيليبون ، الفيزيائي في معهد كاليفورنيا للتكنولوجيا والمؤلف المشارك للورقة البحثية ، في معهد: خبر صحفى. “عند دمجها مع قياسات دقيقة أخرى ، يمكن أن توفر هذه النتيجة الدليل الذي تم البحث عنه كثيرًا لاكتشاف فيزياء جديدة.”
قد تحصل G / O Media على عمولة[[“CommerceInsetMobile”,”Click”,”https://gizmodo.com/physicists-trap-ultracold-neutrons-in-a-bottle-to-see-h-1847870808″]و[“ns:unique”,”CommerceInsetMobile”,”Click”,”https://gizmodo.com/physicists-trap-ultracold-neutrons-in-a-bottle-to-see-h-1847870808″]و[“Embedded Url”,”CommerceInsetMobile”,”https://www.amazon.com/dp/B09JQL3NWT?asc_campaign=InlineMobile&asc_refurl=https://gizmodo.com/physicists-trap-ultracold-neutrons-in-a-bottle-to-see-h-1847870808&asc_source=&imprToken=0abe4c79-a409-a664-03a&ots=1&slotNum=2&tag=gizmodoamzn-20″,{“metric25”:1}]]’href = “https://www.amazon.com/dp/B09JQL3NWT؟asc_campaign=InlineMobile&asc_refurl=https://gizmodo.com/physicists-trap-ultracold-neutrons-in-a-bottle-to-see-h -1847870808 & asc_source = & ImprToken = 0abe4c79-a409-a664-03a & ots = 1 & slotNum = 2 & tag = gizmodoamzn-20 “data-linktype =”[t|mod-all” target=”_blank” rel=”nofollow”>Pre-OrderAirPods 3
The next generation of AirPods
Adds some of the features we saw come with the Pro like spatial audio support and water resistance.
This isn’t the last word when it comes to how long a free neutron lives. Hardly. There are actually two long-standing methods for measuring a neutron’s lifespan. One, the beam method, looks at a beam of neutrons and counts the number of protons that appear as the neutrons decay. The other, the bottle method, traps free neutrons in a big, cold, magnetized bowl (or bottle) and counts the number of neutrons that remain.
Advertisement
“The bottle experiment measures the survivors, the beam experiment measures the dead,” Geoff Greene, a physicist at the University of Tennessee and Oak Ridge National Laboratory who was unaffiliated with the recent research, أخبر وزارة الطاقة العام الماضي. “تجربة الزجاجة تبدو سهلة ولكنها في الواقع صعبة للغاية. من ناحية أخرى ، تبدو تجربة الشعاع صعبة وصعبة “.
تنتج طريقة الشعاع نتائج موثوقة أطول بحوالي تسع ثوانٍ من طريقة الزجاجة ؛ التناقض كبير بما يكفي بحيث لا تتداخل أشرطة الخطأ في الطريقتين. لا يعرف الفيزيائيون ما إذا كان عدم التطابق هذا علامة على فيزياء جديدة لم يفهمها أحد بعد.
إعلان “إذا لم تكن مصابًا بجنون العظمة ، فلا يجب عليك القيام بهذا النوع من العمل.”
نظرًا لأن طريقة الزجاجة تقيس النيوترونات الباقية ، فإنها بحكم التعريف تتجاهل كل ما يحدث للنيوترونات عندما تتحلل. من ناحية أخرى ، تقيس تجارب الشعاع على وجه التحديد نواتج الانحلال (في هذه الحالة ، البروتونات). إذا كانت الفيزياء الجديدة تلعب دورًا ، فقد يعني ذلك أن النيوترونات سوف تتحلل بوسائل أخرى (ما يسميه الفيزيائيون “القنوات”) إلى جانب تحلل بيتا ، كما قال جرين لـ Gizmodo في مكالمة هاتفية ، مما ينتج عنه جسيمات إلى جانب البروتونات تظل افتراضية: الأكسيونات ، المادة المظلمة ، WIMPS-قم بالاختيار.
أوضح غرين أن “الأمر المثير في هذا الأمر والذي دفع الناس إلى الجنون على مدار الخمسة عشر عامًا الماضية ، هو أنه سيتنبأ بأن عمر الزجاجة سيكون أقل ، لأن هناك قناة أخرى ، غير عمر الشعاع.”
إذا كانت الإجابة عن هذا التناقض هي بالفعل فيزياء جديدة ، فلن يعرف المجربون التجريبيون بالحزم والزجاجة إلا بعد أن يثبتوا مرارًا وتكرارًا أن تجاربهم الخاصة كانت خالية من عدم اليقين وأنه لم يكن هناك خطأ منهجي أكبر في اللعب.
نحن بعيدون جدا عن مثل هذه الإدراك. معظم الفيزيائيين ليسوا من النوع الذي يبكي الذئب ، وإذا اعتقد أي منهم أن هذا التناقض في العمر كان دليلًا على أن النيوترونات يمكن أن تتحلل بوسائل أخرى ، فسيتعين عليهم التأكد من أنه يمكن إثباته باستمرار في كل تجربة أخرى تتضمن بيتا نوويًا. تسوس.
قال غرين: “إذا لم تكن مصابًا بجنون العظمة ، فلا يجب عليك القيام بهذا النوع من العمل”.
في الوقت الحالي ، يواصل الفيزيائيون سد أعمدة الخطأ في طرق الشعاع والزجاجة ، في محاولة لمعرفة ما تخبرهم به النتائج. بمجرد إزالة الدهون ، قد يتمكن العلماء من تحديد السبب الآخر الذي يمكن أن يتسبب في فارق التسع ثوان. التجربة الجديدة هي القياس الأكثر دقة حتى الآن باستخدام طريقة الزجاجة ، وذلك لعدة أسباب.
قال دانييل سالفات ، الفيزيائي بجامعة إنديانا بلومنجتون والمؤلف المشارك للدراسة الجديدة: “تتميز تقنيتنا عن قياسات” الزجاجة “الأخرى بكونها مصيدة نيوترونية مغناطيسية ، وعن طريق اكتشاف النيوترونات داخل هذا المصيدة”. بريد الكتروني. “تستخدم هذه النتيجة مجموعة بيانات جديدة تمامًا ومنفصلة عن نتيجتنا السابقة ، وقد تم إخفاء هذه البيانات ، بحيث لا يمكننا التأثير على النتيجة السابقة الأقل دقة.”
كان الحساب النهائي للفريق لتحلل النيوترون عبارة عن متوسط غير مرجح لثلاثة تحليلات منفصلة معماة. قال جرين: “التعمية هي تقنية ممتازة” ، مشيرًا إلى أن التعمية لا تساعد إذا كان هناك بعض التأثير المنهجي مثل ثقب في الزجاجة ، والذي سيسمح للفريق بفقدان النيوترونات بطريقة أخرى إلى جانب الاضمحلال.
لكن هؤلاء أناس حريصون للغاية ويعملون بجد في هذا المجال. قال جرين ، وهو عالم شعاع ، “لقد كنت أراقب عملهم لمدة 20 عامًا ولا أرى خطأ واضحًا في ما فعلوه” ، مضيفًا “لا أرى خطأ واضحًا في ما فعلناه” ‘قد فعلت.”
قال جرين إن تجارب الشعاع أسفرت عن نتائج متسقة إلى حد كبير لأنها أصبحت أكثر دقة. أسفرت قياسات طريقة الزجاجة السابقة لهذه النيوترونات الباردة عمر أطول قليلاً، ومصيدة الجاذبية المغناطيسية التي استخدمها الفريق الأخير تجعل قيمتها بالنسبة لعمر النيوترون أقصر قليلاً.
من غير المنطقي إلى حد ما أن يتم استخدام النيوترونات فائقة البرودة لمساعدتنا على فهم المدة التي استمرت فيها النيوترونات في بداية الكون شديدة الحرارة. في البداية ، تشكلت العناصر الخفيفة من حساء بدائي من الجزيئات شديدة الحرارة. هذه العملية ، ودعا التركيب النووي Big Bang، ستحدث على نطاقات زمنية مختلفة ، اعتمادًا على المدة التي بقيت فيها النيوترونات الحرة.
قال سالفات: “في الميكروثانية الأولى من الكون ، كان الجو حارًا جدًا لدرجة أنه لم يكن هناك بروتونات أو نيوترونات أو نوى ، بل كان هناك” حساء كوارك “”. “بعد ذلك بوقت قصير ، تكثفت الكواركات في القطرات التي نعرفها بالبروتونات والنيوترونات.”
وأوضح قائلاً: “بعد بضع ثوانٍ ، بدأ الكون في البرودة بدرجة كافية بحيث يمكن للبروتونات والنيوترونات أن تلتصق ببعضها البعض ، مكونة العناصر الخفيفة مثل الهيدروجين والهيليوم والليثيوم”. “إذا كان عمر النيوترون قصيرًا جدًا ، فإن جميع النيوترونات ستتحول بسرعة إلى بروتونات ، وسننتهي فقط بالهيدروجين في بدايات الكون. هذا ليس ما نلاحظه – فالنيوترونات تدوم أكثر من 15 دقيقة. “
إلى جانب وتيرة تطور الكون المبكر ، فإن عمر النيوترونات له آثار على علماء الفيزياء السبر المادة المظلمة والاندماج الشمسي والنموذج القياسي للفيزياء. ولكن من أجل فهم كل هذه الأشياء ، يحتاج الباحثون أولاً إلى معرفة سبب تحلل هذه النيوترونات في أوقات مختلفة.