科技日報記者 劉霞
據(jù)物理學家組織網(wǎng)12日報道，一個國際物理學家團隊宣布，他們對中子的“壽命”開展了迄今最精確測量，精確度提高了兩倍多，不確定性不足1/10，相關研究發(fā)表于13日的《物理評論快報》，有助揭示宇宙的演化歷程并為發(fā)現(xiàn)新物理現(xiàn)象提供證據(jù)。
高效超冷中微子探測器。圖片來源：物理學家組織網(wǎng)
最新實驗的科學目的是測量自由中子在原子核范圍外的平均壽命。該研究負責人之一、洛斯阿拉莫斯國家實驗室的科學家丹尼爾·薩爾瓦特說：“非常精確測量這個值意義重大，因為了解中子的精確壽命可以揭示宇宙的發(fā)展演化歷程，也可以讓物理學家發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有亞原子粒子標準模型中的缺陷?！?/p>
研究中使用的中子在洛斯阿拉莫斯國家實驗室的超冷中子源（UCNtau）內(nèi)產(chǎn)生。研究人員在一個擁有4000塊磁鐵的“浴缸”內(nèi)捕獲這些中子，并將其溫度降低到接近絕對零度。等待30到90分鐘后，研究人員計算了“浴缸”內(nèi)幸存的中子，它們在磁力的作用下懸浮起來。
UCNtau陷阱的獨特設計可以將中子儲存11天以上，比早期設計的時間長得多，從而最大限度地減少了對中子壽命測量結果的影響。在兩年多里，研究人員計算了使用這種方法捕獲的大約4000萬個中子的壽命。
該研究負責人、美國印第安納大學伯明頓分校物理系主任大衛(wèi)·巴克斯特說：“這項工作為一些測量確立了新的黃金標準，對回答早期宇宙中元素的相對豐度等問題至關重要?！?/p>
薩爾瓦特說，實驗結果有助于驗證已被廣泛接受的粒子物理學標準模型的準確性，還有助于理解物理學中的新思想（如中子衰變?yōu)榘滴镔|(zhì)）在宇宙演化中的潛在作用，幫助解釋第一批原子核是如何形成的?！敖忉屩凶铀プ兊幕灸Ｐ蜕婕翱淇恕矸荨母淖?，但最近的計算表明，這一過程可能不像先前預測的那樣發(fā)生。我們對中子壽命的新測量將為解決這一問題提供獨立的評估，也有望為發(fā)現(xiàn)新物理現(xiàn)象提供大量證據(jù)?！?/p>
總編輯圈點：
不在原子核內(nèi)的中子，通常只能存在十幾分鐘。一般認為，科學家用“瓶子”和“束”兩種方法來測量中子的壽命。前者是把中子放入一個瓶子，在一段時間后數(shù)還剩下多少個中子；后者是指把中子注入探測器，探測器計算中子衰變產(chǎn)生的質(zhì)子數(shù)。此次科研人員采用的方法也是計算“幸存”的中子數(shù)，只是手段更為精密。中子的壽命和宇宙演化這一宏大命題密切相關?？蒲腥藛T認為，它對于了解138億年前宇宙大爆炸后的最初幾分鐘內(nèi)形成的氫、氦和其他輕元素的數(shù)量非常重要。
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