物理学家以前所未有的精度测量中子寿命

物理学家已经改进了测量自由中子寿命使用UCNτ装置洛斯阿拉莫斯中子科学中心.他们的后果,发表在杂志上身体检查信件,表现出两倍以上的改善以前的测量

冈萨雷斯等人报告了一种改进的自由中子寿命测量方法。图片来源:Tomislav Jakupec。

冈萨雷斯. 报告自由中子寿命的改进测量。图片来源:Tomislav Jakupec。

印第安纳大学布卢明顿分校物理系主任大卫·巴克斯特博士说:“这项工作为测量确立了一个新的金标准,对早期宇宙中创造的元素的相对丰度等问题具有根本重要性。”。

“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。”

在UCNτ实验中,中子的温度会降至接近绝对零度,实验对象是一个内衬约4000块磁铁的“浴缸”。

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。

UCNτ陷阱的独特设计允许中子存储超过11天,这比早期的设计要长得多,最大限度地减少了可能扭曲寿命测量结果的系统修正的需要。

在两年多的时间里,作者统计了用这种方法捕获的3800万个中子。

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。

“它还将帮助物理学家理解物理学中的新思想,如中子衰变为暗物质,可能在演化有关宇宙的理论中发挥的潜在作用,并可能有助于解释第一批原子核是如何形成的。”

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。”

“我们对中子寿命的新测量将为解决这一问题提供独立的评估,或为发现新的物理现象提供大量的证据。”

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

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