Ученые по-новому измерили продолжительность жизни нейтрона

Американские ученые измерили продолжительность жизни нейтрона в космическом пространстве. Результаты исследования опубликованы на сайте Physical Review Research.

Обычно нейтроны существуют неограниченное количество времени, однако, как только они покидают ядро, срок жизни этих частиц резко сокращается. Считается, что, как только удастся выяснить, сколько именно времени нейтрон может существовать вне системы, наука приблизится к разгадке того, как сформировалась Вселенная.

По предположительным подсчетам, процесс, названый нуклеосинтезом Большого взрыва, происходит в промежутке между 10 секундами и 20 минутами. Однако для физиков это слишком большая погрешность, и, чтобы установить верхнюю планку, ученые пытаются рассчитать срок жизни нейтрона.

С 90-х годов науке известны два метода для измерения времени жизни нейтрона: «бутылка» и «луч». Суть первого заключается в том, что нейтроны помещаются в специальную ловушку и ученым остается лишь наблюдать, сколько времени в ней будут распадаться частицы. Второй основан на том, чтобы запустить пучок нейтронов и подсчитать протоны и электроны, которые образуются в результате распада этих частиц.

«Оба эти метода очень точны, но есть большая проблема. Методы «бутылок» в среднем отображают время затухания в 879,5 секунд, или 14 минут и 39 секунд, с погрешностью 0,5 секунды. Методы же «лучей» демонстрируют в среднем 888 секунд, или 14 минут и 48 секунд, с погрешностью 2 секунды», – приводит текст исследования «Популярная механика».

Новый эксперимент был поставлен в космосе. Корабль NASA Messenger, приближаясь к Венере, собирал данные о нейтронах, вылетающих из планеты со скоростью в несколько километров в секунду. На минимальной высоте 339 километров аппарат был близок к максимальному расстоянию, которое эти нейтроны могли пройти до распада. Аналогичные измерения были сделаны во время пролета мимо Меркурия на высоте 205 километров.

«Это похоже на типичный «бутылочный» эксперимент, но вместо стен и магнитных полей мы используем гравитацию Венеры, чтобы удерживать нейтроны в течение времени, сравнимого с их временем жизни», – пояснил ученый-планетолог Лаборатории прикладной физики Университета Джона Хопкинса Джек Уилсон.

Согласно космической модели, продолжительность жизни нейтронов – 780 секунд. Однако этот результат тоже имеет погрешность – 60 секунд. Таким образом, время жизни нейтрона еще не определено. Теперь ученые работают над созданием инструмента, который мог бы провести более точные измерения.