物理学家用前所未有的精确度测量中子寿命

物理学家已经改进了测量自由中子寿命使用UCNτ装置Los Alamos中子科学中心.他们的结果,发表在杂志物理评论信,表现出两倍以上的改善之前的测量

gonzalez等。报告改进的自由中子寿命测量。图像信用:Tomislav Jakupec。

冈萨雷斯.报告改进的自由中子寿命测量。图像信用:Tomislav Jakupec。

“这项工作设定了一个新的黄金标准,用于衡量标准,这对这些问题具有根本重要性,作为早期宇宙中创建的要素的相对丰富,”印第安纳大学布卢明顿的物理系主席David Baxter博士说。

“中子衰变为质子的过程——伴随着一个轻电子和一个几乎无质量的中微子的发射——是物理学家所知的最迷人的过程之一,”同样来自印第安纳大学伯明顿物理系的Daniel Salvat博士补充说。

“为了精确测量这个值是很重要的,因为理解的精确一生中子可以解释宇宙如何发展,以及让物理学家发现亚原子世界的缺陷在我们的模型,我们知道存在,但没有人尚未能找到。”

UCNτ实验捕获中子,其温度降低到几乎绝对的零,在“浴缸”内部衬有约4,000个磁铁内。

在等待30至90分钟后,物理学家们开始计算桶中幸存的中子数量,因为这些中子在磁铁的作用下被悬浮起来对抗重力。

UCNT陷阱的独特设计允许中子保持储存超过11天以上,比前面的设计明显更长,最小化了对寿命测量结果倾斜的系统校正的需求。

两年多,作者使用这种方法计算了3800万次捕获的中子。

他们的实验给出的自由中子寿命值为877.75秒。

“这些结果将有助于物理学家确认或否认Cabibbo-Kobayashi-Maskawa矩阵的正确性,该矩阵涉及被称为夸克的亚原子粒子,在被广泛接受的粒子物理标准模型中发挥着重要作用,”Salvat博士说。

“它也将有助于物理学家了解物理学中的新思想,例如中子腐烂到暗物质的潜在作用,可能会在不断发展宇宙的理论中,也可能有助于解释如何形成第一个原子核。”

他补充说:“解释中子衰变的基本模型包括夸克改变它们的特性,但最近改进的计算表明,这个过程可能不会像之前预测的那样发生。”

“我们的中子寿命的新测量将提供独立的评估来解决这个问题,或者为发现新物理学的证据提供了很多搜索的证据。”

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F.M.冈萨雷斯.(UCNτ协作)。2021.改进的UCNτ中子寿命测量。理论物理。(1127 (16): 162501;doi: 10.1103 / PhysRevLett.127.162501

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