Fizicienii caută secretul neutronilor pe toată durata vieții

WASHINGTON — Neutronii singuri se descompun rapid, dar oamenii de știință nu sunt de acord cu privire la cât timp rămân particulele înainte de dispariția lor. Noi experimente ar putea rezolva disputa – sau ar putea adânci misterul.

În afara unui nucleu, neutronii supraviețuiesc în medie doar aproximativ 15 minute. Ele se descompun rapid într-un proton, un electron și un antineutrin. Două metode utilizate pentru măsurarea duratei de viață a neutronilor nu sunt de acord, lăsând oamenii de știință nesiguri cu privire la adevărata longevitate a particulei subatomice (SN: 19.5.12, str. 20).

O tehnică implică păstrarea neutronilor refrigerați într-o capcană, sau „sticlă”, așteptarea unui timp și numărarea neutronilor rămași pentru a determina câți s-au degradat. Alte experimente monitorizează fasciculele de neutroni și numără numărul de dezintegrari prin detectarea protonilor emiși. Măsurătorile pe flacon au durate de viață cu aproximativ 9 secunde mai scurte decât măsurătorile fasciculului.

„Acest lucru este de fapt destul de important pentru o serie de lucruri”, a declarat fizicianul Robert Pattie pe 29 ianuarie, la o reuniune a Societății Americane de Fizică. În special, stabilirea duratei de viață a neutronului este necesară pentru a înțelege modul în care nucleele atomice au început să se formeze după Big Bang. Nedumerirea oamenilor de știință face mai dificilă calcularea proprietăților universului timpuriu.

Un dezavantaj al experimentelor tipice cu sticle este că neutronii pot fi absorbiți sau pierdeți în alt mod atunci când lovesc peretele sticlei. Așadar, Pattie, de la Laboratorul Național Los Alamos din New Mexico, și colegii lor lucrează la o măsurătoare actualizată în stil sticle, folosind un câmp magnetic pentru a împiedica neutronii să lovească partea de jos a capcanei, în timp ce gravitația îi împiedică să zboare din partea de sus.

Fizicianul Craig Huffer de la Universitatea de Stat din Carolina de Nord din Raleigh și colegii lor lucrează la un experiment cu sticle care folosește un câmp magnetic pentru a capta neutronii. În loc să numere neutronii la sfârșit, cercetătorii detectează fulgere de lumină produse pe măsură ce neutronii din interiorul sticlei se descompun.

În experimentele cu fascicul, acuratețea depinde de o numărare atentă a neutronilor introduși și a protonilor produși în dezintegrare, a explicat fizicianul Shannon Fogwell Hoogerheide de la Institutul Național de Standarde și Tehnologie din Gaithersburg, Maryland, la întâlnirea din 30 ianuarie. Ea și colegii își perfecționează măsurarea fasciculului pentru a enumera mai bine protonii și neutronii.

Unii oameni de știință au sugerat că discrepanța ar putea avea o semnificație mai profundă. Durata de viață scurtă în măsurătorile sticlei ar putea indica faptul că neutronii dispar cumva în mod neașteptat, făcând ca durata de viață să pară mai scurtă decât este în realitate. „Un fel de mecanism exterior este că au intrat într-un fel de realitate alternativă, pe care o numim lumea oglindă”, spune fizicianul Ben Rybolt de la Universitatea din Tennessee. Într-o astfel de lume, toate particulele pe care le cunoaștem ar fi duplicate – ar putea exista protoni, neutroni și electroni în oglindă, care ar interacționa doar foarte puțin cu particulele pe care le cunoaștem.

A trece la o astfel de explicație pentru discrepanța neutronilor este „un pic de salt”, recunoaște Rybolt, dar astfel de particule de oglindă ar putea explica, de asemenea, enigma materiei întunecate, o substanță nevăzută indicată de mișcările stelelor din interiorul galaxiilor. Pentru a testa ideea, Rybolt și colegii își propun să arunce fascicule de neutroni către o barieră și să verifice dacă vreunul trece, ceea ce ar putea indica că particulele au devenit pentru scurt timp neutroni oglindă.

Problema măsurării duratei de viață a neutronului este suficient de complexă încât o varietate de tehnici noi sunt în curs de pregătire pentru a rezolva problema. „Nu cred că un experiment suplimentar poate rezolva discrepanța”, spune Huffer. În schimb, mai multe măsurători noi cu tehnici diferite ar trebui să convergă în cele din urmă către valoarea corectă.