Ein computergeneriertes Bild eines Atoms. Cokada / iStock
Wir sind der Entschlüsselung der Geheimnisse des Universums gerade einen Schritt näher gekommen.
Ein Forscherteam hat laut einer Studie die genaueste Messung der Lebensdauer eines Neutrons erreicht, die jemals durchgeführt wurdevor kurzem an einen Preprint-Server freigegeben.
Eine Diskrepanz zwischen den Messmethoden bleibt jedoch ungelöst.
Die genaueste Messung des Neutronenzerfalls
Neutronen sind eine Art von Teilchen, die normalerweise in Atomen verbleiben. Sie existieren für Milliarden von Jahren länger in einigen Atomen, aus denen der Kosmos besteht, aber wenn sie vom Atom getrennt werden, beginnen sie, in Protonen und andere, einfachere Teilchen zu zerfallen. Und,von ihren Wirtsatomen getrennt, Neutronen dauern nur etwa 15 Minuten. Physiker versuchen seit Jahrzehnten, die genaue Lebensdauer eines Neutrons zu messen, indem sie hauptsächlich zwei Techniken anwenden. Die erste verwendet Flaschen und die andere verwendet Strahlen. Aber die Ergebnisse von beiden passten nicht zusammen, was einen Unterschied von 9 Sekunden zeigt – eine Ewigkeit in atomaren Zeitrahmen und signifikant in unserem eigenen, da wir von einem Teilchen sprechen, das nur 15 Minuten "lebt".
Der neuen Studie gelang es jedoch, die genaueste Messung der Lebensdauer eines Neutrons mit der Flaschentechnik zu finden. Das Experiment namens UCNtau oder Ultra Cold Neutrons tau, letzteres steht für die Neutronenlebensdauer und ergab, dassein Neutron lebt genau 14,629 Minuten, bei einer Unsicherheit von ungefähr 0,005 Minuten. Unglaublich, dies ist doppelt so genau wie frühere Messungen mit beiden Methoden. Die neuesten Ergebnisse lösen nicht das ewige Rätsel, warum die Ergebnisse für die Flasche und den StrahlMethoden sind nicht angemessen, aber sie haben uns einer wirklichen Antwort einen Schritt näher gebracht: "Dieses neue Ergebnis bietet eine unabhängige Bewertung, um das Rätsel um die Neutronenlebensdauer zu lösen", sagte Francis L. Moseley, Physikprofessor Brad Filippone vom Caltech, derist Mitautor der aktuellen Studie in ein Hochschulposten.
Entfaltung der Geheimnisse des frühen Universums
Die beiden Methoden zeigen weiterhin eine gegenseitige Diskrepanz, aber Filippone denkt, dass es entweder daran liegt, dass eine von ihnen fehlerhaft sein könnte, oder weil etwas in der Physik auf unsere zukünftige Entdeckung wartet. "In Kombination mit anderen Präzisionsmessungen könnte dieses Ergebnis"die viel gesuchten Beweise für die Entdeckung neuer Physik liefern", fügte er hinzu. Die Ergebnisse könnten auch Licht ins Dunkel bringen.andere bleibende Geheimnisse der Physik, so wie die Materie im frühen Universum zuerst aus der skrupellos heißen Suppe aus Neutronen und zusätzlichen Teilchen erstarrte. "Wenn wir die Neutronenlebensdauer einmal genau kennen, kann dies helfen zu erklären, wie sich Atomkerne in den frühen Minuten des Universums gebildet haben."
Das UCNtau-Team führte 2017 und 2018 zwei Flaschenexperimente im Los Alamos National Laboratory LANL durch. Bei der Flaschenmethode sind freie Neutronen in einer ultrakalten und magnetisierten Flasche von ungefähr der Größe einer Badewanne enthalten.die Neutronen beginnen in Protonen zu zerfallen Hochmoderne Methoden der Datenanalyse ermöglichen es den Forschern zu zählen, wie viele Neutronen im Laufe der Sekunden verbleiben. Im Gegensatz dazu verwendet die Strahlmethode einen buchstäblichen Neutronenstrahl, der in Protonen zerfällt, wobei die Protonen anstelle vondie Neutronen, gezählt. Die UCNtau-Kollaboration hat laut Caltech-Post seit Beginn der Experimente eine betäubende Zahl von 40 Millionen Neutronen gezählt. Und als weitere Merkmale des Neutrinozerfalls und der Diskrepanz zwischen den Messmethoden aufgedeckt werden, ein wenig mehr vom Universum wird sich entfalten.